OTROS MODELOS COSMOLÓGICOS

07.02

Las contradicciones que hemos descritos sucintamente en el inicio de este octavo capítulo, fueron las que dieron cabida a la presentación de las primeras hipótesis competidoras al modelo del Big Bang. La más concurrente dentro de los espacios de discusión en los círculos, no sólo de físicos y especialistas calificados, sino que también en los de otras disciplinas, es la llamada el «Modelo del Estado Estacionario (Steady State)» que fue esgrimida por el matemático y astrofísico teórico británico Fred Hoyle, y apoyada por dos de sus colegas de origen austriaco, Thomas Gold y Hermann Bondi. Su contra propuesta era de que el universo es: "siempre ha sido y siempre será como hoy; permanece en estado estacionario. Nunca empezó y nunca tendrá fin..." Propugnaron filosóficamente esta teoría sobre la base de lo que habían denominado el principio cosmológico perfecto. La versión original del principio cosmológico, fundamental para la teoría del Big Bang, sostiene que para cualquier observador el universo debe parecer el mismo en cualquier lugar del espacio. La versión perfectibilizada expande los parámetros para incluir el tiempo, lo que implica que el universo debe presentar la misma cara en cualquier momento, pasado, presente o futuro. En el Big Bang, interpretativamente puede aparece como que este principio se contraviene y, por ello, en opinión de sus retractores debería ser desechado. Y, en consecuencia, el estado del universo debía, sin lugar, ser estacionario, alimentado por una producción constante de materia en forma de átomos de hidrógeno, aunque el tipo de materia no siempre es considerado en forma precisa por los tres refutantes. Matemáticamente fundamentaron su propuesta derivada de una modificación de la relatividad general. Sus ecuaciones producían un universo en expansión (pese a las dudas que había manifestado Hoyle con el corrimiento al rojo que se observaba en las galaxias) con una densidad constante, sin especificar el tipo de materia necesaria para mantener a ésta dentro de un volumen creciente; en esta versión, la materia-energía no diferenciada se crea a una velocidad relacionada en las ecuaciones con ritmo de expansión. Lo último, invitó a muchos a pensar por qué, si se crea materia, nadie lo ha podido distinguir en las observaciones, para lo cual la respuesta que esgrimían los defensores del Estado Estacionario era de que para llenar los espacios vacíos dejados por las galaxias en dispersión, nace permanentemente nueva materia, creada de la energía existente, a razón de 1 átomo por cada 500 decímetros cúbicos (1/2 m3) de espacio y por cada 1.000 millones de años. Para sostener sus propugnaciones en contra del Big Bang, los partidarios del Estado Estacionario intentaron capitalizar el problema que éste presentaba en cuanto a la imposibilidad de explicar científicamente la producción de elementos pesados en el universo. Desde mediado de los años de 1940, Hoyle había estado contemplando la posibilidad de que los elementos se formaran por reacciones nucleares, o nucleosíntesis, dentro de las estrellas, y había publicado un ensayo desarrollando la hipótesis. Cuando empezó a trabajar en la teoría del Estado Estacionario, se fue convenciendo, cada vez más, de que la creación espontánea de la materia en alguna forma elemental, junto con la producción de otra materia en los crisoles estelares, explicaba la existencia de todos los elementos de la tabla periódica. En consecuencia, no existía ninguna razón como para pensar que el universo había partido de una gran explosión de un único átomo primigenio. Contaba en sus clases el distinguido ingeniero-físico chileno profesor don Arturo Aldunate que, una vez encontrándose en Moscú conversando sobre las originales ideas de Fred Hoyle con el Dr. Shklovskii, éste le expresó lo siguiente: "Para mí, Hoyle es un Picasso de la astronomía; cuando observo las pinturas del gran genio español, llego en mi comprensión sólo hasta sus obras clásicas, formales...Pero cuando empiezan sus creaciones cubistas o abstractas, no puedo seguirlo. Con Hoyle me sucede igual; mientras habla en gran astrofísico, lo admiro y comprendo, pero cuando suelta su imaginación..., me pasa como con Picasso. Y él lo sabe, porque somos muy buenos amigos." Fred Hoyle se unió a un grupo de investigadores que estaban trabajando sobre esta cuestión de la relativa abundancia de elementos en las superficies de las estrellas. En conjunto, estructuraron un exhaustivo estudio de los elementos que se acumulan en los núcleos estelares. En un denso trabajo que publicaron en octubre de 1957 en Review of Modern Physics, bajo el título de «Síntesis de los elementos de las estrellas», lograron explicar, de una forma general, la abundancia de prácticamente todos los isótopos de los elementos desde el hidrógeno hasta el uranio. Describieron que las estrellas, en la medida que van gastando su combustible nuclear, transmutan el hidrógeno en helio; el helio a carbono y oxígeno; y así sucesivamente, subiendo hasta llegar a los más pesados de la tabla periódica. En las explosiones de las supernovas se creaban muchos de los elementos más pesados, incluidos el platino, el oro y el uranio. Este trabajo que es un importante logro científico, no sólo explicaba la síntesis de todos los elementos más allá del hidrógeno, sino que predecía su formación exactamente en las mismas proporciones que ocurrían en el universo. Pero una cuestión quedaba en el aire ¿ Cómo se generó el combustible inicial de las estrellas ? La cuestión del hidrógeno quedaba abierta. En términos generales, los primeros partidarios del Estado Estacionario involucran en su propuesta la formulación de una nueva cosmología. Su motivación: restablecer la estabilidad del universo. En esta teoría se admite el movimiento de recesión de las galaxias. Pero se compensa el enrarecimiento del universo con la hipótesis de una continua creación de materia. Así, a pesar de la expansión la densidad del cosmos (galaxias y átomos) permanece invariable. Resultado: pese a las apariencias, el universo es estático y eterno. Pero esto lleva implícito algo más. Crear materia aquí y allá en el universo poco a poco es una contradicción a la ley de la física que señala que la energía total en un sistema cerrado permanece constante, lo que también en alguna manera lo es cuando todo empieza con una gran explosión, ya que no se estaría conservando toda la energía en el proceso. Pero para ellos, hacer que la materia apareciera gradualmente parecía preferible, ya que con ello es más cómodo soslayar o echar a un lado la cuestión del Creador. Este modelo del Estado Estacionario o «Steady State» ha sido y es bastante popular entre los científicos aunque no concita a la mayoría . Goza de un número más que apreciable de adeptos y, aunque observaciones contradicen sus afirmaciones, continúan sosteniéndolo hasta hoy, claro está que con nuevos argumentos que iremos describiendo en el transcurso de este trabajo. La obstinación de los científicos seguidores del modelo viene a ilustrar la fuerza del paradigma del universo estático. Uno de los descalce que se produce entre lo observado en el universo y lo propugnado por el Estado Estacionario se da en la distinción de la densidad del universo, la cual es factible estudiar analizando como se expanden las galaxias. Para ello, estudiemos el gráfico que insertamos, abajo, a la derecha. Figura 07.02-3.-El gráfico indica la velocidad de alejamiento de las galaxias en función desus distancias. La pendiente de la recta de la «constante de Hubble». Horizontalmente: la medida de la distancia es proporcionada por la luminosidad de las galaxias más brillantes de diferentes grupos. Verticalmente: velocidades en km. por segundo. Las diferentes curvas describen la relación velocidad-distancia en función de la densidad supuesta del universo (en unidades de la densidad crítica). Cuanto más denso es el universo, tanto más a la izquierda se sitúa la curva en el dibujo. La comparación con los puntos observados muestra que la densidad real es tres veces inferior a la densidad crítica. La curva más baja es la esperada en un universo estacionario. Ello aparece absolutamente incompatible con lo que se ha observado. Ahora, con respecto al asunto de la edad del universo. La contradicción que hemos expresado en la parte correspondiente al principio de este capítulo entre la geología y el Big Bang se debió a una errónea estimación de la distancia de las galaxias. Para estimar la edad aproximada del universo las observaciones de Hubble nos sugieren un cálculo sencillo. Conociendo la distancia y velocidad de las galaxias, sólo es necesario calcular el tiempo que han demorado en alcanzar esas distancias a la velocidad que se ha estimado que se alejan, lo que nos permite tener una idea sobre la edad del universo. Los primeros cálculos que se hicieron usando el método que hemos descrito, dieron como edad estimada para el cosmos alrededor de 1.800 millones de años, lo que resultaba claramente inferior a la que se conocía para el sistema solar (4.500 millones de años). Posteriormente, gracias a una reevaluación de la escala de las distancias, se pudo obtener edades cósmicas consecuentes con los estudios geológicos de la Tierra. Por otra parte, sabemos de estrellas de nuestra propia galaxia que tienen una existencia superior a los 13.000 millones de año lo que, considerando la incertidumbre de las observaciones, hace compatible a la teoría del Big Bang con la posible edad para el universo que nos estaría entregando la longevidad de esas estrellas. De hecho, esta compatibilidad entre la grilla de edad delimitada por el estudio de las estrellas y las versiones más simples de la teoría del Big Bang se puede considerar un argumento más en favor de éste. Nada garantizaba a priori esta compatibilidad. Pero lo que más se acomoda a la fundamentación del Big Bang y, a su vez, más descoloca a los heterodoxos como, también, a los escépticos que abundan por ahí, con argumentos más que discutibles, es el mensaje del espectro inserto en el cosmos. La temperatura de 2,7°K (-270°C) es la de la radiación observada hoy en nuestro universo, enfriado por miles de millones de años de expansión cósmica y cuyo origen se encuentra en las emisiones generadas por un cuerpo caliente a temperaturas homogéneas. Este cuerpo isotermo está disperso en la escala del cosmos; la radiación proviene uniformemente de todas las direcciones. De lo que conocemos de nuestro universo, nada puede ser distinguido como fuente de esta radiación. Todos los objetos que hemos logrado clasificar a través de las observaciones astronómicas, ninguno reúne las condiciones de isotermia de esta radiación, llámense galaxias, quásares, estrellas, planetas, nebulosas, ya que ellos presentan temperaturas de escala disímil. Pues, entonces ¿de dónde viene esa radiación? Aunque ya lo hemos analizado en capítulos anteriores, de todas maneras vale la pena que veamos de nuevo, de forma muy sintetizada, que pudo haber pasado; en el pasado. Corramos hacia atrás la proyectora de la historia del universo. En la medida en que vamos observando un aumento de la temperatura y de la densidad, iremos viendo a los astros deshacerse y dispersarse en el espacio en una nube ardiente, homogénea e isoterma. Esta sustancia incandescente es la fuente de la radiación fósil. Como no estamos de ánimo para la ficción, entonces señalemos, pues, que todo esto es apoyado por experiencias de laboratorio y fundamentados escenarios matemáticos (como hemos visto en capítulos precedentes) y, los cálculos que se tienen, señalan que ésta fue emitida cuando el universo estaba a cerca de tres mil grados K, hace unos quince mil millones de años. Según el reloj convencional, el universo tenía entonces casi un millón de años. Ante cualquier duda, precisemos aquí que nuestra capacidad científica nos permite describir el universo hasta fracciones de segundo después de iniciada su evolución y se espera que para mediados de la primera década del siglo XXI, se pueda crear condiciones en laboratorios más allá de las logradas hasta ahora (desde los 10 microsegundos) que no se han repetido desde las primerísimas fracciones del primer micro segundo que siguieron a la creación del universo. En los residuos que se generan en los laboratorios en los experimentos de hacer chocar entre sí protones, y habiéndose desagregado ya de la materia el plasma de quark-gluones, los físicos experimentales esperan hallar una partícula nunca antes detectada, llamada Higgs. Se supone que esa partícula, al explosionar inmediatamente después del Big Bang , unos 14.999 millones de años, cuando todas las fuerzas del cosmos eran un sólo campo simétrico y unificado, actuó igual que un combo de hierro al golpear un espejo, destrozando la perfecta simetría y repartiendo esta masa de escombros en diferentes clases de partículas elementales, como los electrones. Esto se extrae de la hipótesis del Big Bang. Ahora, si no se descubre la partícula Higgs, no cabe duda que va a ser motivo de cuestionamientos, no sólo para la hipótesis de la gran explosión, sino que también para el modelo de fuerzas y materias y sus variantes. Pero sigamos con la película de la historia del universo. Sabemos que éste está estructurado en un 90% de átomos de hidrógeno. Hemos experimentado que a 3.000°K, la agitación térmica ioniza estos átomos. Su materia toma la forma de un plasma eléctrico, compuesto de protones (el núcleo del átomo de hidrógeno)y de electrones libres, quedando como una sustancia opaca a la luz. Cuando la temperatura empieza a descender por debajo de los 3.000°K, los electrones se fijan a los protones. Un gas de hidrógeno comienza a invadir el universo lo que le hace adquirir una de sus más distinguible identidad: hacerse transparente a la luz. La radiación fósil se emite en ese momento, comenzando su largo periplo de miles de millones de años luz. Todo fósil tiene almacenado en su memoria el pasado de su existencia. La temperatura de la radiación que hemos descrito ha disminuido de 3.000 a 2,7 grados K, pero la forma térmica del espectro ha permanecido graficada en este flujo de radiación que el Big Bang nos hace llegar. En los últimos tiempos se han formulado múltiples teorías con bastante semejanza entre sí o se han reformulado otras que parecían destinadas a ser olvidadas. Sin embargo, el acelerado y vasto progreso tecnológico y las consecuentes nuevas y más precisas observaciones de todos los día, han permitido elaborar nuevas tesis argumentadoras a favor o en contra de teoría preexistentes o a poner en jaque a algunos teorizantes. Cada año es posible ubicar más de una publicación, dentro de los muchos medios de difusión de estos temas, de que concebir una gran explosión como generadora del universo actual es innecesaria. Sostienen la expresión de sus plumas con argumentos extraídos, fundamentalmente, de la observación directa. Si bien éstas son realidades concretas, por sí solas no son evidencias duras en contra del Big Bang, ya que de ellas, lo que se extrae, normalmente son conjeturas. Desde la década de los años 1950 los argumentos esgrimidos en contra de la hipótesis del Big Bang se centran en las mismas objeciones, unas de carácter filosófico y la mayoría con base en razonamientos científicos. Es necesario sí, reconocer que estas últimas siempre representan una actualización en función de las observaciones directas. El Big Bang ha sido una de las teorías científica que concita preguntas que permanecen arraigada en el marco de la naturaleza humana. Como ya señalamos antes con ella, podemos describir la evolución del universo hasta un tiempo de más o menos 10 micro segundos después de la gran explosión inicial, pero no hemos llegado al segundo cero. Es muy probable que la física lo logre en el futuro, cuantizando el espacio-tiempo, con lo cual nuestra concepción del espacio-tiempo puede ser alterada nuevamente de modo radical. Pero supongamos que llegamos al espacio-tiempo cero, surge la pregunta quién hace ese instante. El cómo ocurre es una pregunta que todavía está dentro del campo de la física. Si uno quiere puede decir que es una acto de creación divina, pero si uno no cree en un ser superior no necesita hacerlo, desde el punto de vista de la física. La pregunta sobre qué hay antes de ese instante cero, para la ciencia no tiene sentido. Hay gente que cree que sí debe tenerlo y busca un camino que permita encontrar un sentido. Como según el Big Bang, es factible concluir que el universo tiene un final, entonces los tiempos anteriores al inicial no existen: no hay espacio, no hay tiempo, no hay materia, no hay energía. Estamos fuera de la física.

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