“Toda la materia más toda la gravedad en el universo observable, es igual a cero. Por eso, el universo pudo surgir de la nada, porque es, básicamente, nada.” (Alan Guth)
¿DE DÓNDE VINO TODO? No responda, “la Gran Explosión”. Decir que todo vino de la Gran Explosión es como decir que los bebés vienen de las salas de maternidad. ¿De donde vino la materia que explotó? ¿Qué era? ¿Por qué explotó? Antes que Alan Guth diera un paso al frente, los cosmólogos raras veces se atrevían a adivinar. La Teoría de la Gran Explosión, basada en especulaciones que datan de 1922 y confirmadas por los astrónomos en los años sesenta, postulaba que el universo comenzó como una minúscula bola de fuego de densidad y temperatura extremas que, desde entonces, ha estado expandiéndose y enfriándose, pero la teoría no dice nada acerca de lo que ocurrió antes ni siquiera en la precisa fracción de segundo en que todo explotó.
En diciembre de 1979, Guth, entonces un oscuro físico de 32 años del Centro del Acelerador Lineal de Stanford, emergió como el primer científico en ofrecer una descripción verosímil del universo cuando tenia menos de una centésima de segundo de edad. Durante un periodo explosivo de entre 10-37 y 10-34 segundos después de su nacimiento, el universo se expandió a una velocidad que continuó duplicándose antes de comenzar a estabilizarse en la expansión más sosegada descrita por la Teoría de la Gran Explosión.
La Teoría de la Inflación —nombre acunado por Guth para esta expansión súper rápida del universo inicial— ha vencido todos los retos teóricos y se ha hecho más fuerte con cada nuevo hallazgo, incluyendo el último y mayor de ellos: que la velocidad de expansión del universo, la cual se pensó se estaba reduciendo, en realidad se está acelerando. "No hay competencia, pero no es por no haberlo intentado", dice el cosmólogo Alexander Vilenkin, de la Universidad Tufts. "Muchos han tratado de desarrollar un modelo que enfoque los mismos problemas y han fallado". La reputación de Guth ha ascendido con la teoría. Ha pasado a ser el número uno en cosmología. Recientemente recibió la medalla Benjamin Franklin de Física, precursora frecuente del Premio Nóbel.
Mientras tanto, ha llegado el momento de analizar la mayor implicación de la inflación, una que parecía inalcanzable para una teoría no comprobada en 1979, pero que ahora hay que enfrentar sin vacilación. El universo entero puede ser, para usar la frase de Guth, "un almuerzo gratis". La 'materia' primordial de la inflación, sostienen él y otros cosmólogos, es muy probablemente una creación espontánea, un regalo incondicional que surgió de absolutamente ningún lugar, mediante un proceso absolutamente aleatorio, pero no obstante científicamente posible. Ahora la teoría de la inflación se está acercando al dogma, está llevando a la ciencia a la vera de contestar una de las mayores preguntas: ¿Por que hay algo en lugar de nada?
Puede parecer obvio que en la nada no puede ocurrir nada, pero para un físico cuántico la nada, de hecho, es algo. La teoría cuántica sostiene que la probabilidad —y no lo absoluto— rige cualquier sistema físico. Es imposible, aun en principio, predecir el comportamiento de un simple átomo. Todo lo que los físicos pueden hacer es predecir otros misterios de la Gran Explosión.
Guth se dio cuenta de que omega no tenía por qué estar tan exactamente afinado desde el principio. Un universo inicial expandiéndose exponencialmente, al cual vendría a llamar el universo inflacionario, llevaría omega hacia 1, no alejándose de 1, haciendo inevitable el universo plano.
Volvamos al vacío primordial, un caldo hirviente del cual se escapan pares de partículas subatómicas positivas y negativas, existiendo durante el más breve de los instantes. La teoría inflacionaria sugiere que lo que surgió fue un "falso vacío", una forma peculiar de la materia, cuya existencia fue predicha por muchos teóricos de las partículas, aunque nunca ha se ha observado en la realidad.
El falso vacío se caracteriza por un campo gravitatorio repelente, tan fuerte que puede explotar y convertirse en un universo. Otra peculiaridad de este falso vacío es que no se diluye al expandirse como lo hace un gas. La densidad de la energía que contiene permanece constante, aun cuando crece. Por eso la expansión del falso vacío, acelerándose exponencialmente por la acción de su fuerza repelente, creó realmente grandes cantidades de energía siempre duplicándose, la cual se descompuso formando un plasma hirviente de partículas, tales como electrones, positrones y neutrinos. A medida que el universo inicial continuó duplicándose cada microsegundo, la materia que contenía también se duplicó, a partir de la nada. Los electrones, positrones y neutrinos se convirtieron en una especie de sopa caliente, la cual, 300.000 años más tarde se neutralizó formando átomos simples. Estos átomos simples, hidrogeno, helio y litio, fueron destruidos y exprimidos entre sí para formar átomos mas complejos y más pesados, dentro de las estrellas.
Al explotar hacia el espacio por las supernovas, se convirtieron en la materia que vemos y somos actualmente. El pedacito inicial de falso vacío que requieren los cálculos de Guth resultó ser increíblemente pequeño: una mil millonésima parte de un protón. El periodo requerido de crecimiento exponencial fue muy corto. En, quizás, solo 10-34 segundos, sugiere él, el universo se expandió en 25 órdenes de magnitud, hasta aproximadamente el tamaño de una canica, un aumento equivalente a un guisante creciendo hasta el tamaño de la Vía Láctea.
El proceso inflacionario que descubrió Guth, impulsaría a omega hacia 1 con increíble suavidad. La razón se expresa mejor por analogía. El universo aparenta ser virtualmente plano por la misma razón que la superficie de la Tierra aparenta ser virtualmente plana para una persona parada sobre esa superficie. El material del espacio se "estira" relativamente, de manera que al duplicarse tan poco como 100 veces la curvatura se cancela.
¿Y que ocurre con la conservación de la energía? De acuerdo con la teoría de la relatividad de Einstein, la energía de un campo gravitatorio es negativa. La energía de la materia, sin embargo, es positiva. Por eso el conjunto universo-creación pudo desdoblarse sin romper las leyes de conservación de la energía. La energía positiva de toda la materia del universo se pudo balancear con exactitud por la energía negativa de toda la gravedad del universo. Esto es algo mas que teoría. Las observaciones son consistentes con la idea y los cálculos que determinan el total de la materia y la energía en el universo observable, indican que los dos valores parecen estar balanceados. Toda la materia mas la gravedad es igual a cero. Por eso el universo pudo surgir de la nada, porque es básicamente nada.
¿Pero como sabemos si algo de esto es cierto? "En realidad se ha sometido a prueba", dice Guth. Las lecturas del satélite Cosmic Background Explorer, lanzado en 1989, muestran que la temperatura de la radiación que se difunde por el universo es asombrosamente uniforme. La teoría clásica de la Gran Explosión sin inflación no ofrece explicación. Algunos mecanismos tendrían que transmitir energía e información aproximadamente a 100 veces la velocidad de la luz para que estas distantes partes de la radiación "conozcan" y reflejen las temperaturas respectivas. La inflación, expandiéndose a velocidades mayores que la luz, es la única forma conocida mediante la cual dicha uniformidad pudiera expandirse tan ampliamente. (Incidentalmente, esa expansión no viola el limite de la velocidad cósmica. Einstein correctamente afirmó que nada en el universo podría exceder la velocidad de la luz, pero aun en la medida en que el cosmos creció a velocidades mayores que la de la luz, ninguna de sus partículas pudo nunca ganarle la competencia a un rayo de luz).
La teoría de la inflación también predice las llamadas perturbaciones de la densidad, pequeños rizos en esta uniformidad, que se convierten en semillas para la formación de galaxias. Las galaxias que observamos actualmente son exactamente lo que la teoría de la inflación sugiere debieron haber sido creadas, "Las teorías que hemos desarrollado hasta ahora parecen funcionar asombrosamente bien", dice Guth.
Pero los cosmólogos están activos. Se han propuesto, nombrado y estudiado alrededor de 50 formas de inflación, incluyendo inflación doble, triple e híbrida, inflación híbrida inclinada, inflación hiperextendida etc. En 1997, Guth contó 3.000 artículos publicados acerca del tema. A partir de ahí dejo de contar. Guth en particular da crédito a los cosmólogos, incluyendo a Andrei Linde de Stanford y Paul Steinhardt, de Princeton, por el refinamiento de la teoría, pero cada variación conserva los elementos esenciales de la idea genial de Guth: cierto estado juega el papel del falso vacío y su gravedad repelente, y cierta degeneración de ese estado lleva a la formación de materia. Los detalles, cree Guth, saldrán de los laboratorios universitarios, de los aceleradores de partículas y de las lecturas de los satélites en el lejano espacio, durante décadas y quizás siglos.
El último punto es que las observaciones de dos equipos de astrónomos en 1998, muestran que la velocidad de expansión cósmica se esta acelerando y no reduciendo como se había pensado previamente. Si estas observaciones son correctas, constituyen una prueba de que la gravedad puede actuar de forma repelente. De hecho, este mismo tipo de fuerza repelente que impulse originalmente la inflación, podría dirigir la aceleración actual del universo. Como la energía y la masa son equivalentes, esta energía repelente debe ejercer también gravedad y si hubiera suficiente, preservaría el balance original masa-gravedad requerido para hacer que el universo sea plano. La teoría de la inflación triunfa de nuevo.
Los seres humanos hemos evolucionados para sobrevivir en este universo, aunque no necesariamente para entenderlo. Un falso vacío surgiendo de la nada hacia algo y tornándose después en un universo, o de acuerdo con algunas variantes nuevas de la teoría inflacionaria, en una infinidad de universos, es el tipo de conocimiento difícil de asimilar por el cerebro. Guth permanece anónimo para el público general porque su teoría es mas bien inasequible. Grandes secciones de su libro de 1997 "The Inflationary Universo" (El universo inflacionario) son de difícil lectura, a pesar de los grandes esfuerzos que Guth ha hecho para exponer la base física lo mas claramente posible.
Guth admite que algunos aspectos de su trabajo constituyen un reto, aun para él. En una de las más fascinantes secciones de su libro, describe su primer intento, como físico de partículas, de explicar la inflación a un grupo de astrofísicos. "Yo comprendía muy poco de lo que ellos decían, por lo que no sabía por que estábamos en desacuerdo", escribió. Seamos claros. ¿Dice Guth que la cosmología puede desentrañar el misterio final? ¿Que la creación puede ser solo un proceso físico más que la ciencia ha convertido en prosaico, como el descubrimiento de que los gérmenes causan las enfermedades o que la Tierra gira alrededor del sol? "Quiero ser cuidadoso con la forma de expresarlo", dice. "Lo que quiero decir es que nos estamos acercando a un argumento sobre la creación del universo que es compatible con las leyes de la física. Esto conlleva la pregunta: ¿De donde vienen esas leyes? Estamos aun muy lejos de poder contestar".
© 2001 Javier de Lucas