El Universo Primigenio

EL UNIVERSO PRIMITIVO

06.01

"Parece, pues, que hemos de rechazar la idea de un universo inalterable y permanente. Y hemos de admitir que las propiedades básicas que caracterizan al universo como hoy lo conocemos son el resultado directo de un proceso evolutivo que debió iniciarse hace unos cuantos miles de millones de años... Partiendo de este supuesto, el problema de la cosmogonía científica puede plantearse como un intento de reconstruir los procesos evolutivos que condujeron de la simplicidad de los primeros días de la creación a la inmensa complejidad actual del universo que nos rodea".

GEORGE GAMOW, 1951

A veces, como físico teórico, me detengo a reflexionar sobre los difíciles vericuetos que debe saltar la astrofísica para intentar determinar con la más absoluta confianza las propiedades de las estrellas (cómo nacen, evolucionan, se apagan y estallan), pese a que conocemos perfectamente las leyes básicas de la física. Ello, viene a ser como apelar a la biología que entregue una explicación sobre las propiedades de una célula a partir de las leyes de la química cuántica, lo que implicaría una tarea tan compleja que resultaría, prácticamente, inviable. Y esta complejidad es un problema básico, que se halla vinculado a la naturaleza misma del objeto de investigación.

Es, sin dudas, una materia compleja que se debe a una especie de «desagregación causal» entre los diferentes niveles organizativos cuando se pasa del microcosmos al macrocosmos. Por ejemplo, para entender la química hay que entender las normas que obedecen la valencia de los electrones en la parte externa de los átomos. Los detalles del núcleo atómico (los quarks, que están dentro de neutrones y protones) están «causalmente desagregados» de las propiedades químicas del átomo. Otro ejemplo de esta « desagregación causal» procedente de la biología molecular es el hecho de que las funciones biológicas de las proteínas estén desagregadas de su codificación en el material genético. En la ciencia, abundan los ejemplos de esta «desagregación causal», una separación importante entre los niveles materiales de la naturaleza que se refleja en la formación de disciplinas científicas separadas.

En consecuencia, podemos puntualizar que: una cosa es conocer las leyes físicas microscópicas básicas y otra, muy distinta, intuir las consecuencias de esas leyes en el sistema macroscópico que se requiere investigar. Lo anterior se da, pese al stock de conocimientos sobre las leyes de la física que generalmente comportan los astrofísicos, ya que la habilidad para formular las cuestiones precisas (por ejemplo, qué procesos son importantes, cuáles pueden desecharse, cuáles son las características básicas de un sistema concreto) viene a ser casi como un arte en donde aflora en propiedad un talento creador en sí.

Salvo unos pocos escépticos ritualizados, hoy existe casi pleno consenso que las leyes físicas, deducidas de experimentos terrestres, nos proporcionarán las bases de una teoría estelar completa. Esta seguridad se avala, en gran medida, en la íntima relación que han alcanzado la física y la astronomía durante las fases del desarrollo moderno de ambas. El motivo es que los astrónomos de observación están hoy investigando los quásares, los núcleos de las galaxias y la gran explosión, que se caracterizan por procesos de tal intensidad que los experimentos de la física terrestre no pueden igualarlos. Debido a ello, para poner a prueba las teorías de la alta energía, los físicos sólo pueden guiarse por la observación astronómica. En consecuencia, el universo entero pasa a convertirse en campo de experimentación único para comprobar las leyes de la física. No hay otro campo posible, porque lo que los físicos pretenden conocer es el universo en sus condiciones más extremas y primitivas.

La necesaria mancomunidad que se fue dando entre la física y la astronomía se hace claramente visible al aflorar teorías, como la del Big Bang, sobre el origen del universo. De acuerdo con la teoría del Big Bang si retrocediésemos en el tiempo, la temperatura del universo se incrementaría a límites casi inconmensurables. La temperatura expresa la energía cinética de las partículas, en este caso partículas cuánticas. ¿Cuáles son, pues, las leyes físicas que rigen la interacción de las partículas cuánticas con esas energías elevadísimas?

Nadie puede contestar con seguridad a esta pregunta. Sería fantástico que los físicos pudiesen comprobar sus teorías creando durante una fracción de segundo, en un laboratorio de aceleración de partículas, las condiciones que imperaban al iniciarse el Big Bang. Los aceleradores de partículas más potentes que existen logran llevarnos hasta la época en que el universo tenía sólo una milmillonésima de segundo de antigüedad, lo cual constituye, sin duda, un enorme triunfo. Pero las soluciones a los importantes problemas relacionados con el universo que hoy formulan los físicos, dependen de las propiedades que comportaba el propio universo antes de que tuviese una milmillonésima de segundo de vida. Es obvio que, por ahora, esos tiempos del inicio del cosmos quedan fuera del alcance de los experimentos prácticos con aceleradores de partículas. En consecuencia, para estudiar el universo primigenio y resolver los enigmas que envuelven su origen, los físicos y los demás investigadores han de adoptar una actitud distinta. En vez de buscar indicios con aceleradores de alta energía, el camino viable disponible es estudiar el «gran acelerador del cielo»: el Big Bang y sus consecuencias. En la práctica, es el universo en su conjunto el que es utilizado a la vez como «laboratorio y experimento» del que se pueden deducir las leyes básicas de la materia. Esta nueva disciplina de investigación íntegra la ciencia de los objetos más pequeños conocidos (los cuantos) con la de la de los más grandes (el cosmos).

Ahora bien, para poder desarrollar esa monumental investigación que representa intentar desentrañar los más recónditos misterios del universo primitivo, los cosmólogos y los físicos cuánticos empiezan por utilizar las teorías relativistas del campo cuántico aplicadas a las partículas cuánticas, que explican los experimentos de alta energía que se realizan en los laboratorios de aceleración. Luego, proceden a extrapolar, con cierta dosis de audacia, esos modelos teóricos a la elevadísima energía del universo primigenio. Utilizan luego estos modelos para deducir ciertas características notables del universo, como por ejemplo, por qué está compuesto de materia y no de partes iguales de materia y antimateria, o la existencia de pequeñas fluctuaciones cuánticas en la ardiente sopa primordial, que acabarían formando galaxias, cúmulos de éstas y, también, supercúmulos galácticos.

Esta tarea de elaborar modelos matemáticos del universo primigenio no es una necesidad única de los científicos en sus investigaciones sobre los misterios que encierra el cosmos. En efecto, existen otras que se iniciaron con anterioridad, como la de elaborar modelos del interior de las estrellas basándose en la física nuclear, ya que parece más que obvio que nadie puede penetrar en el interior de una estrella par comprobar directamente la exactitud de esos modelos, como nadie puede viajar por el pasado hasta la bola de fuego del Big Bang para comprobar la autenticidad de los modelos de partículas cuánticas de alta energía. Pero esa analogía es lo único que equipara las dos tareas; las diferencias son significativas. En primer lugar, hay muchísimas estrellas, cada una con propiedades distintas y en distintas etapas de evolución, que proporcionan a los astrofísicos una multiplicidad de antecedentes que limitan enormemente los modelos matemáticos. En contraste con la multiplicidad de estrellas, sólo hay un universo primitivo, que no puede observarse directamente. Este período primigenio dejó esparcidos fósiles, pistas contemporáneas de sus propiedades; las galaxias, su distribución en el espacio, la radiación microondular de fondo, la relativa abundancia de elementos químicos. Pero la diferencia más profunda entre los modelos matemáticos de las estrellas y los del universo muy primitivo radica en que los físicos han investigado experimentalmente las leyes de la física nuclear aplicables al interior de las estrellas, mientras que no parece verosímil, por ahora, un experimento terrestre que permita comprobar las leyes que se aplican al universo antes de una millonésima de segundo de su existencia, ya que reproducir en laboratorios las temperaturas, para conocer el posible estado de la materia, que se debieron generar en el momento del «principio-pricipio» en un acelerador de partículas, no sería viable.

El estudio del universo primigenio encierra para los cosmólogos dificultades que parecen insuperables. ¡Es como si se pidiese a los astrofísicos que, en vez de utilizar las conocidas leyes de la física nuclear, las dedujesen de las propiedades observadas de las estrellas! Pero el caso no es tan dramático. El universo primigenio puede ser un objeto de estudio más simple que el interior de una estrella. Los físicos creen que en aquellos tórridos tiempos primigenios, las interacciones de las partículas cuánticas eran mucho más simétricas. Suponen que las complejidades desaparecen en ese primer período y que la situación física pasa a resultar manejable. Si es así, los cosmólogos tienen bastantes posibilidades de desentrañar los misterios del universo primigenio. Claro está, que en ello queda por demostrar su viabilidad y que no es algo más que un vano deseo, pero no hay duda que los supuestos teóricos actuales apoyan lo primero.

Pensar que ahora los físicos han podido llegar a conocer cómo podría haber sido el universo cuando tan solo contaba con una millonésima de segundos de vida, parece casi un sueño de ficción. Si ello hubiese sido propugnado hace unos cincuenta años atrás, habría dado motivo para que se dieran conciertos de ácidas críticas y, posiblemente, el propugnador habría sido el hazmerreír de entre los integrantes del mundillo de la física y, ello, ni que hablar de los escépticos. Pero los datos derivados de la observación, como el de la relativa abundancia de elementos químicos y el de la temperatura de la radiación microondular de fondo, constituyeron factores importantísimos, cuya existencia no podía haberse previsto por entonces. Por otra parte, en las primeras décadas del milenio del 2000, pueden descubrirse nuevos datos cosmológicos que nos ayuden a resolver el misterio del origen del universo.

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