El interés por conocer nuestros orígenes es una constante a lo largo de la historia de la Humanidad, y, por  tanto, muchas son las hipótesis formuladas a lo largo de los tiempos que han intentado dar contestación a tal pregunta.

El origen del Universo, el origen de la Vida y el origen del Hombre, los tres Orígenes, han sido y continúan siendo los objetivos principales del hacer científico, una vez  despojados de sus connotaciones mágicas o religiosas.

En el año 1650, el arzobispo de Armagh (Irlanda), James Ussher, editó un libro en el que afirmaba haber  descubierto, por medio de la interpretación bíblica, que el mundo había sido creado en el año 4.004 antes de Cristo, mientras que algún tiempo después, otro clérigo precisó que la Creación había tenido lugar, exactamente, a las 9 de la mañana del día 23 de octubre de ese mismo año. (¡No somos tan jóvenes!). Los últimos estudios sobre la edad del Universo, realizados por Simon Goddwin y John Gribbin, de la Universidad de Sussex, Inglaterra, utilizando datos del telescopio espacial Hubble, apuntan a que "todo" empezó hace unos 13.000 millones de años.

EL UNIVERSO EN EXPANSION

El Universo se expande. Las galaxias, en general, se separan unas de otras, hecho descubierto en el año 1929 por el astrónomo norteamericano Edwin Hubble. La medición que hizo fue la siguiente: observó la luz emitida por distantes galaxias y la comparó con la luz emitida en los mismos átomos en laboratorios terrestres. Descubrió que la longitud de onda de la luz de distantes galaxias era más larga de lo esperado, que estaba desplazada hacia el extremo rojo del espectro.

Interpretando esto como el efecto Doppler, llegó a la conclusión de que todas las galaxias en el Universo se alejan de nosotros, y que cuanto más lejos están, más rápido se alejan. Nos encontramos en un Universo en expansión, y eso es un hecho científicamente irrefutable. Antes de la comprobación experimental de Hubble, Alexander Friedmann resolvió ecuaciones de campo de la Relatividad General que daban como resultado un Universo no estático, como preconizaba el propio Eisntein.

La expansión implica que el Universo tuvo un principio en el tiempo. La imagen del Universo en la que todo empieza a partir de un estado muy caliente y muy denso, y luego se expande, recibe el nombre de Big Bang. Este término fue acuñado irónicamente por el astrofísico británico y "enfant terrible" Fred Hoyle, cuyo modelo de Universo Estacionario o de creación continua de los años cuarenta chocaba frontalmente con el de la gran explosión.

EL BIG BANG

El modelo original del Big Bang fue desarrollado por Lemaitre y Gamow, con la idea del "huevo cósmico" o "átomo primigenio"; actualmente se ha desechado este concepto de un "cuerpo" que explotó con enorme virulencia, originando en su proceso expansivo el Universo que conocemos.

Es importante recalcar que el Big Bang no es como una explosión, sino que, a partir de una "singularidad", el entramado del propio espacio es el que se expande. Con el Big Bang comienza el espacio y el tiempo, y la teoría ha sido comprobada lo suficiente como para que, en la actualidad, la gran mayoría de la comunidad científica la apoye. Recordemos el descubrimiento de Penzias y Wilson de la radiación cósmica de fondo de microondas, el "eco" del Big Bang, y más  recientemente los trabajos de George Smoot basados en los datos suministrados por el satélite COBE.

¿Y antes? ¿Es lógico hacerse esta pregunta? Si el Big Bang ocurre en el tiempo t = 0, "antes" no tiene sentido. En cualquier caso, nuestra manera de entender el tiempo nos lleva, inevitablemente, a hacernos esta pregunta. La respuesta involucra, necesariamente, a la Mecánica Cuántica y a la Relatividad General. A la primera, porque cuando el Universo era muy joven pasó por una época en la cual su tamaño era comparable al de un átomo, y por tanto se regía por las leyes de la Mecánica Cuántica; a la segunda, porque las propiedades del espacio-tiempo se rigen por la Relatividad General.

  LA SINGULARIDAD

 Sentado científicamente el hecho del comienzo del Universo a partir de una singularidad, esto es, a partir de un punto de máxima densidad y mínimo volumen, el entramado del tiempo y el espacio sufre una "inflación", es decir, un aumento vertiginoso de dimensiones en intervalos infinitésimos, para continuar luego un proceso expansivo que apareja una disminución de la temperatura inicial.

La singularidad del Big Bang fue demostrada a principios de los años setenta por Stephen Hawking y Roger Penrose; en Matemáticas, se entiende por singularidad un punto en el cual la función definida diverge hacia valores infinitos; en Física, una singularidad es una región del espacio-tiempo en la cual la curvatura es tan grande que las leyes relativistas no operan, ocupando su lugar las mecanico-cuánticas.

Siguiendo las soluciones de Friedmann a las ecuaciones de campo de Einstein, la masa total del Universo determina si nos hallamos en un proceso de expansión ilimitada o, por el contrario y debido a la gravedad, la fuerza expansiva será detenida en un futuro lejano para iniciarse un proceso de compresión, que finalizará con el Big Crunch, "el gran crujido". De ahí la importancia de determinar con exactitud la masa total del Universo, la llamada "materia oscura", que se estima en un 90% de la masa total. ¿Puede haber un nuevo Big Bang tras el Big Crunch? Si así fuera, nos encontraríamos ante un Universo "oscilante", idea que está  más en consonancia con las nuevas teorías cosmológicas.

 LA NADA Y EL VACIO CUANTICO

Siempre se ha entendido el concepto de "nada" como la ausencia de todo, de espacio, tiempo, materia y energía. En Mecánica Cuántica, el concepto de nada es sustituído por el de "vacío cuántico", la ausencia de todo excepto de fluctuaciones. Al ser intemporal, "siempre ha estado ahí". Cuando el vacío cuántico se perturba, da lugar a materia más antimateria, a la generación de "algo" y exactamente la misma cantidad de "antialgo", para que de esta forma se mantenga la propiedad esencial del vacío de no contener nada material. El vacío debe contener el espacio-tiempo, en su forma más primigenia (singularidad), y también un antiespacio-tiempo; pero según la Cosmología Cuántica, la naturaleza del espacio- tiempo es tal que su némesis coincide consigo misma.

Esto implica la "aparición" de singularidades originarias de Big Bangs, y por tanto, de Universos, en un número ilimitado e indeterminado de ocasiones, lo que nos lleva a la idea de la existencia actual de múltiples Universos, cuyas diferencias estriban, principalmente, en sus geometrías. Todos son posibles, aunque son más probables los que cumplen las leyes de la Relatividad General.

Siguiendo el Principio Antrópico, nuestro Universo es como es porque aquí estamos nosotros para preguntarnos por qué es precisamente así. Es un Universo capaz de evolucionar hasta la aparición de la inteligencia, regido por unas leyes muy estrictas que permiten este singular evento. El hombre inteligente se pregunta por sus orígenes y trata, a lo largo de la Historia, de entender su existencia, para lo que construye, con tesón admirable, y a través de modelos, el edificio de la Ciencia.

LA AUSENCIA DE LIMITES

Centrándonos en nuestro Universo, y siguiendo la Teoría de la Ausencia de Límites, de Stephen Hawking y Jim Hartle, estamos en un Universo oscilante, esto es, en un Universo sujeto a una sucesión interminable deexpansiones y contracciones, pero con una notable, muy notable, particularidad. Siempre se asocia el Big Bang con el tiempo igual a cero, y el Big Crunch con el tiempo final, que es el modelo clásico de Friedmann delUniverso oscilante para una masa total capaz de frenar la expansión por la gravedad.

Según el modelo de Hawking, una vez producido el primer Big Bang correspondiente a la fluctuación cuánticaque originó nuestro Universo, se produce la inflación y posterior expansión del espacio en un "tiempo complejo".  

El tiempo que nosotros manejamos es sólo una de las dos componentes del tiempo complejo, la componente real, existiendo otra componente, la componente imaginaria. En el Big Bang, la componente real es cero, pero no lo es la componente imaginaria. A lo largo de la expansión, crece paulatinamente la componente real, mientras la imaginaria disminuye. El Universo en expansión llega a un radio crítico, a partir del cual cesa la expansión y comienza el colapso; el tiempo real comienza a disminuir hasta llegar a cero (Big Crunch), pero el tiempo imaginario ha ido aumentando, por lo que el tiempo complejo nunca se hace cero. Esto involucra la desaparición de las "singularidades", y por lo tanto, un Universo finito pero ilimitado, sin bordes ni fronteras, autocontenido.

Podríamos visualizarlo en un símil como la esfera terrestre desde una perspectiva bidimensional, desplazándonos por su superficie desde el polo norte, que sería el Big Bang (¡ya no es una singularidad!), alcanzando un tamaño máximo en el ecuador, comprimiéndose después hasta alcanzar el polo sur, que sería el Big Crunch (tampoco es una singularidad), y a su vez una nueva expansión hasta volver al ecuador, donde vuelve a alcanzar su máximo tamaño, y nueva compresión hasta el polo norte (Big Crunch e inmediato Big Bang), en una infinita serie de ciclos.

HISTORIA DEL TIEMPO

Una vez clarificado el origen y el "antes" del  origen del Universo, entramos en el modelo estándar del Big Bang, que se desarrolla en una serie de etapas o "eras", que van desde el tiempo real igual a cero hasta nuestros días. Estas etapas son las siguientes:

t = 0 Big Bang

De t = 0 a t = 10^-43 s, era de Plank. No hay conocimiento. Una sola fuerza unificada.

De t = 10^-43 a t = 10^-11 s, era de la Separación. Se utilizan las leyes de la Física extrapoladas. Se produce la separación de fuerzas.

De t = 10^-11 a t = 10^-6 s, era de la Aniquilación. El Universo es una mezcla homogénea de quarks, neutrinos (y sus antipartículas), electrones y partículas transmisoras de fuerzas: gluones, bosones, fotones y gravitones. Las colisiones partícula-antipartícula originan fotones.

De t = 10^-6 s a 10^-4 s, era Hidrópica. Se produce la asociación de los quarks: de tres en tres para formar bariones (protones y neutrones), y de dos en dos para formar mesones.

De t = 10^-4 s a t = 30 m, era de la Nucleosíntesis. El Universo está formado por radiación (fotones), con una ligera presencia de partículas: protones y neutrones (nucleones), electrones, neutrinos y sus antipartículas, lo que se conoce con el nombre de plasma ionizado. Los protones se combinan con los neutrones para originar deuterones más fotones. A los cuatro minutos, ya aparecen núcleos de hidrógeno, helio-3, helio-4 y litio-7. A los 30 minutos termina la nucleosíntesis: se han formado los núcleos primordiales.

De t = 30 m a t = 10^6 años, era de la Radiación.

Los electrones se ligan a los núcleos formándose los átomos primordiales de hidrógeno, helio y litio. Los fotones quedan libres, se independizan materia y energía y el Universo se hace transparente. En ese momento, 300.000 años tras el Big Bang, aparece la radiación primordial, a una temperatura de 3.000 K, que es la que llega hoy a nosotros conocida con el nombre de radiación de fondo de microondas. Esta radiación fue la descubierta por Penzias y Wilson, y debido a la expansión y al enfriamiento del Universo, nos llega con una temperatura mucho menor (20 K) y una longitud de onda mucho mayor (en el rango de las ondas de radio muy cortas o microondas).

De t = 10^6 a 10^9 años, era de la Tranquilidad. El Universo se expande, existiendo regiones con grandes nubes de hidrógeno, helio y litio entre un inmenso espacio vacío.

De t = 10^9 a t = 13•10^9 años (actualidad), era Actual. De las grandes nubes de hidrógeno y helio surgen "grumos" que van formando las diversas estructuras del Universo actual. En el seno de las estrellas se forman, cuando el hidrógeno escasea en su etapa final, los diversos núcleos de elementos químicos pesados. Los núcleos eyectados por las gigantes rojas en fase terminal se enfrían en el vacío circundante y se rodean de electrones, formando átomos. En el espacio interestelar actual hay hidrógeno, helio y litio primordiales y no primordiales, nitrógeno, carbono, oxígeno y elementos más pesados, e incluso hasta 80 clases distintas de moléculas, sobre todo agua, amoníaco y monóxido y dióxido de carbono.

Y aquí estamos, aplicando la Física Cuántica para desentrañar el más grande de todos los enigmas que el ser humano se empeña en conocer: cómo empezó “todo”. Después, los demás orígenes tienen explicaciones científicas más o menos elaboradas, aunque no por eso dejen de ser igualmente apasionantes.

                                                        © 1999 Javier de Lucas