7 teorías sobre el origen del universo
Las mejores pruebas que tenemos hoy en día indican que las primeras galaxias no empezaron a formarse hasta unos cientos de millones de años después del Big Bang. ¿Cómo eran las cosas antes de que existieran las galaxias y de que el espacio no se hubiera extendido aún de forma muy significativa? Sorprendentemente, los científicos han podido calcular con cierto detalle lo que ocurría en el universo en los primeros minutos después del Big Bang.
Este cosmólogo belga estudió teología en Malinas y matemáticas y física en la Universidad de Lovaina. Allí comenzó a explorar la expansión del universo y postuló su comienzo explosivo. De hecho, predijo la ley de Hubble dos años antes de su verificación, y fue el primero en considerar seriamente los procesos físicos por los que comenzó el universo.
En la década de 1940, los científicos sabían que la fusión del hidrógeno en helio era la fuente de energía del Sol. La fusión requiere altas temperaturas, y el universo primitivo debía ser caliente. Basándose en estas ideas, el físico estadounidense George Gamow (Figura 29.12) sugirió un universo con un tipo de comienzo diferente que implicaba la fusión nuclear en lugar de la fisión. Ralph Alpher elaboró los detalles para su tesis doctoral y los resultados se publicaron en 1948. (Gamow, que tenía un extravagante sentido del humor, decidió en el último momento añadir el nombre del físico Hans Bethe a su trabajo, de modo que los coautores de este trabajo sobre el principio de las cosas serían Alpher, Bethe y Gamow, un juego de palabras con las tres primeras letras del alfabeto griego: alfa, beta y gamma). El universo de Gamow comenzó con partículas fundamentales que formaron los elementos pesados por fusión en el Big Bang.
¿Cómo empezó el universo de la nada?
Actualmente se acepta que el universo comenzó a existir hace unos 14.000 millones de años en el big bang. Esto se demostró en el siglo XX y, desde entonces, los científicos han tratado de averiguar todo lo posible sobre este acontecimiento.
Alexander Friedmann demostró en 1922 que el espacio-tiempo podía estar en expansión o en contracción[1], lo que es una consecuencia de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein[2] (tratada en el capítulo 8). Einstein añadió una constante, conocida como la constante cosmológica, para que sus ecuaciones predijeran un universo estático, pero ésta era puramente arbitraria.
En 1929, Edwin Hubble intentó averiguar si el espacio-tiempo se expande o se contrae midiendo el desplazamiento Doppler (analizado en el capítulo 7) de la luz de las galaxias a distintas distancias. Lo hizo para ver cuáles se mueven hacia nosotros y cuáles se alejan[3].
Para medir la distancia a las galaxias, Hubble utilizó un método ideado por la astrónoma estadounidense Henrietta Swan Leavitt. Leavitt demostró que existe una correlación entre los períodos de pulsación de ciertos tipos de estrellas, conocidas como variables cefeidas, y su luminosidad intrínseca[4].
A quién se le ocurrió la teoría del Big Bang
IntroducciónEn 1981, muchos de los principales cosmólogos del mundo se reunieron en la Academia Pontificia de las Ciencias, un vestigio de los linajes acoplados de la ciencia y la teología situado en una elegante villa en los jardines del Vaticano. Stephen Hawking eligió el augusto escenario para presentar lo que más tarde consideraría su idea más importante: una propuesta sobre cómo el universo podría haber surgido de la nada.
La teoría del Big Bang tenía otros problemas. Los físicos entendían que un haz de energía en expansión se convertiría en un desorden arrugado en lugar del enorme y suave cosmos que observan los astrónomos modernos. En 1980, un año antes de la conferencia de Hawking, el cosmólogo Alan Guth se dio cuenta de que los problemas del Big Bang podían solucionarse con un añadido: un crecimiento inicial exponencial conocido como inflación cósmica, que habría hecho que el universo fuera enorme, liso y plano antes de que la gravedad tuviera la oportunidad de destrozarlo. La inflación se convirtió rápidamente en la principal teoría de nuestros orígenes cósmicos. Sin embargo, la cuestión de las condiciones iniciales seguía vigente: ¿Cuál fue el origen de la minúscula mancha que supuestamente se convirtió en nuestro cosmos y de la energía potencial que la infló?
Lo que había antes del Big Bang
Vivimos en las secuelas de una gran explosión -el big bang- que se produjo hace 13.700 millones de años. En el momento del big bang, el universo estaba lleno de una bola de fuego, una densa mezcla de partículas energéticas y radiación. Durante casi un siglo, los físicos han estudiado cómo la bola de fuego se expandió y se enfrió, cómo las partículas se combinaron para formar átomos y cómo las galaxias y las estrellas se unieron gradualmente por la gravedad. Esta historia se conoce ahora con gran detalle cuantitativo y está respaldada por abundantes datos de observación1.
Sin embargo, la pregunta sigue siendo si el Big Bang fue realmente el comienzo del universo. ¿Un comienzo de qué? ¿Causado por qué? ¿Y determinado por qué, o por quién? Estas preguntas han llevado a los físicos a hacer todo lo posible por evitar un comienzo cósmico.
El problema se ha planteado desde los primeros días de la cosmología científica. En la década de 1920, el matemático ruso Alexander Friedmann proporcionó una descripción matemática de un universo en expansión resolviendo las ecuaciones de la relatividad general de Albert Einstein. Friedmann asumió, en aras de la simplicidad, que la distribución de la materia en el universo era perfectamente uniforme. Sus soluciones tenían una característica desconcertante: a medida que se sigue la evolución del universo hacia atrás en el tiempo, la densidad de la materia y la curvatura del espacio-tiempo crecen sin límites, llegando a ser infinitas hace un tiempo finito.2 El momento de densidad infinita es una singularidad cosmológica. En ese momento, las expresiones matemáticas que aparecen en las ecuaciones de la relatividad general quedan mal definidas, y la evolución no puede continuar. Esto parece sugerir que el universo tuvo un principio, pero no uno que pueda ser descrito por las leyes de la física.