Primera parte. El universo inanimado

Primera parte

EL UNIVERSO INANIMADO

DURACIÓN 1.1. Escala del cosmos: 13 000 millones de años.

Capítulo 1

LOS PRIMEROS 300 000 AÑOS:

EL ORIGEN DEL UNIVERSO, EL TIEMPO Y EL ESPACIO

 

Viola: ¿Qué país es éste, amigos? Capitán: Es Iliria, señora.

SHAKESPEARE

 

EL PROBLEMA DE LOS ORÍGENES

 

¿Cómo empezó todo? Aunque ésta es la primera pregunta que debe afrontar un mito de creación, la respuesta sigue siendo difícil, a pesar de las conquistas de la cosmología moderna.

Todas las explicaciones tropiezan con el mismo problema cuando se trata del comienzo propiamente dicho: cómo puede salir algo de la nada. Es un problema de índole general, dado que los orígenes son inexplicables. En las escalas más reducidas, las partículas subatómicas brotan a veces de la nada de manera instantánea. No hay estadios intermedios. La física cuántica puede analizar con gran precisión estas curiosas entradas y salidas de la existencia, pero no puede dar una explicación humanamente sensata. Estas paradojas se reflejan muy bien en un dicho de los

aborígenes australianos modernos: «Nada es nada[1]».

La conciencia de las dificultades que entraña explicar los orígenes es tan antigua como los mitos. El siguiente pasaje plantea estas cuestiones con gran elegancia y un escepticismo sorprendentemente moderno. Procede del Rigveda, una colección de himnos hindúes que se compuso probablemente hacia 1200 a. C. Describe un paisaje anterior a la creación que ni existió en realidad ni dejó de existir totalmente.

 

No había entonces ni existencia ni no existencia; tampoco teníamos el

territorio del espacio ni el cielo que hay más allá. ¿Se removía algo? ¿Dónde? ¿Para proteger a quién? ¿Había agua, insondablemente profunda?

Tampoco había entonces ni muerte ni inmortalidad. No había el menor rastro

característico de la noche o el día. Aquello respiraba sin aire, por impulso propio. Aparte de esto no había nada.

¿Había abajo? ¿Había arriba? Había sembradores; había fuerzas. Había

impulso por debajo; había empuje hacia arriba.

¿Quién lo sabe realmente? ¿Quién lo proclamará? ¿De dónde salió aquello?

¿De dónde es esta creación? Los dioses llegaron después y crearon este

universo. ¿Quién sabe entonces de dónde procede?

De dónde ha salido esta creación; quizá se formó sola o quizá no; sólo lo sabe

el que la mira desde las alturas, en el cielo más encumbrado, aunque es

posible que no lo sepa[2].

 

Aquí se nos insinúa que al principio hubo una especie de nada poderosa que esperaba, como la arcilla en el taller del alfarero, el momento de transformarse en algo. Se parece mucho a la idea de vacío que tiene la física nuclear moderna: no contiene nada, pero puede tener forma y estructura, y (como se ha demostrado en experimentos con aceleradores de partículas) del vacío pueden brotar «objetos» y «energías».

Puede que hubiera un alfarero (o varios) esperando dar forma al vacío. Y es posible que el alfarero y la arcilla fueran en cierto modo idénticos. Según el Popol Vuh, o «Libro del consejo», un manuscrito maya del siglo XVI: «No había nada que estuviera en pie; sólo el agua en reposo, el mar apacible, solo y tranquilo. No había nada dotado de existencia. Solamente había inmovilidad y silencio en la oscuridad, en la noche. Sólo el Creador, el Formador, Tepeu, Gucumatz, los Progenitores, estaban en el agua rodeados de claridad. Estaban ocultos bajo plumas verdes y azules, por eso

se les llama Gucumatz[3]». Pero ¿de dónde procedía el Creador? Todo comienzo parece presuponer un principio anterior. En las religiones monoteístas, como el cristianismo o el islam, en cuanto se pregunta cómo fue creado Dios, aparecen los problemas. En vez de encontrar un solo punto de partida, tropezamos con una colección y todos plantean el mismo problema.

No hay ninguna solución satisfactoria para este rompecabezas. Lo que hemos de encontrar no es una solución, sino una forma de abordar el misterio, una forma de «señalar a la Luna», según la metáfora zen. Y hemos de hacerlo con palabras. Sin embargo, las palabras a las que recurrimos, sean «Dios» o la «gravedad», no sirven para nuestros propósitos. En consecuencia tenemos que emplear el lenguaje a nivel poético o simbólico; y esta clase de lenguaje, ya lo utilice un científico, un poeta o un chamán, puede malinterpretarse con facilidad. El antropólogo francés Marcel Griaule interrogó en cierta ocasión a un sabio dogon, llamado Ogotemmeli, acerca de un detalle mitológico, que muchos animales se congregaron en un pequeño peldaño (algo así como los animales en el Arca de Noé). Ogotemmeli respondió algo irritado: «Esto se ha de explicar con palabras, pero todo lo que hay en el peldaño es un símbolo… En un peldaño de un codo caben infinitos símbolos». Lo que aquí traducimos por «símbolo» podría traducirse también por «palabra de este mundo

inferior[4]». En el principio mismo de las cosas, hasta el lenguaje corre peligro de desintegrarse.

El tiempo plantea uno de los problemas más peliagudos. ¿Hubo un «tiempo»

antes del tiempo? ¿Es el tiempo un producto de nuestra imaginación[5]? En algunos sistemas de pensamiento el tiempo no existe realmente. Los lugares pasan a ser la

fuente de todo lo significativo y las paradojas de la creación adoptan otras formas[6]. Pero no hay forma de eludir la paradoja del origen en las comunidades para las que el tiempo es fundamental. Lo que sigue es el resumen islámico de un intento mazdeísta de resolver estos enigmas. En este texto, el creador es una entidad inmutable llamada Tiempo que crea un universo mudable. Está gobernado por dos principios opuestos, los de los dioses Ormuz y Arimán.

 

Todo ha sido creado menos el Tiempo. El Tiempo es el creador y el Tiempo no tiene límites, ni techo ni

fondo. Siempre ha existido y existirá por siempre. Ninguna persona sensata preguntará de dónde ha salido el

Tiempo. Pese a toda la grandeza que lo rodeaba, nadie lo llamaba creador, porque aún no había habido

creación. Entonces creó el fuego y el agua; y cuando los hubo juntado se dio origen a Ormuz, y en aquel

mismo instante el Tiempo pasó a ser el Creador y el Señor de la creación propiciada por él. Ormuz era

luminoso, puro, grato al olfato, bondadoso, y tenía poder sobre todo lo bueno. Entonces miró hacia abajo y

vio a Arimán a noventa y seis mil parasangas de distancia, negro, repugnante, fétido y malvado; a Ormuz le

pareció espantoso, pues era un enemigo terrible. Y cuando Ormuz vio a este enemigo, pensó: «Debo destruir

a este enemigo por completo», y caviló con qué y con cuántos instrumentos podría destruirlo. Entonces

Ormuz dio comienzo a la obra de la creación. Todo lo que hacía, lo hacía con el auxilio del Tiempo, pues

todo lo importante que Ormuz necesitaba había sido creado ya [7].

 

El tiempo, en tanto que pauta, supone diferencia, aunque sólo sea la diferencia entre el entonces y el ahora. De modo que esta leyenda, como casi todas las leyendas que describen una creación del mundo, trata en realidad de la aparición de la diferencia en el seno de una semejanza primigenia. En esta versión, como en muchos mitos de creación, la diferencia empieza por el choque de elementos opuestos.

Una de las soluciones más poéticas a estas paradojas es pensar en la creación como en una especie de despertar. Hay una leyenda de los karraru, población de Australia meridional, que dice que al principio la tierra estaba inmóvil, en silencio y a oscuras. Pero «en el interior de una profunda caverna que había debajo de Nullarbor Plain dormía una hermosa mujer, Sol. El Gran Padre Espíritu la despertó con dulzura y le dijo que saliese de la caverna e infundiera vida al universo. La Madre Sol abrió los ojos y la oscuridad fue desapareciendo conforme sus rayos cubrían la tierra; respiró y la atmósfera se transformó, el aire se agitó suavemente como cuando sopla una brisa ligera». La Madre Sol inicia entonces un largo viaje durante el que sus

rayos van despertando a todos los animales y plantas que estaban dormidos[8]. Esta leyenda sugiere que la creación no es un acontecimiento único, sino que ha de repetirse sin cesar; y esto, como veremos, es una verdad que todos experimentamos. Las paradojas de la creación reaparecen cada vez que observamos algo nuevo, sean galaxias, estrellas, sistemas planetarios o vida. Y muchos experimentamos además de nuestro propio origen personal, los momentos de nuestros recuerdos más antiguos, como una especie de despertar de la nada.

La ciencia moderna ha abordado el problema del origen de múltiples maneras, unas más satisfactorias que otras. En su Historia del tiempo (1988), Stephen Hawking sugiere que la cuestión del origen está mal planteada. Si concebimos el tiempo como una línea recta, es lógico preguntarse por su comienzo. Pero ¿y si el universo tuviera otra forma? Puede que el tiempo se parezca más a una circunferencia. Es absurdo preguntar si una circunferencia tiene un principio o un final, del mismo modo que es absurdo preguntar qué hay al norte del Polo Norte. No hay más allá, no hay frontera, y todo lo que hay en el universo está dentro de él. Como dice Hawking: «Las

condiciones límite del universo consisten en que no hay límites[9]». Muchos mitos de creación adoptan una actitud parecida, quizá porque aparecen en sociedades que no conciben el tiempo como una línea recta. Cuando retrocedemos en el tiempo, el pasado parece perderse en lo que los mitos de los australianos modernos llaman «tiempo del sueño». Es como si el pasado doblara una esquina más allá de la cual no podemos ver nada, por mucho que nos esforcemos. Esto es igualmente válido cuando miramos al frente, así que en cierto modo es como si el pasado y el futuro pudieran

juntarse[10]. Mircea Eliade describe concepciones del tiempo parecidas en un libro

difícil pero fascinante, [11] El mito del eterno retorno , de 1954.

En las sociedades modernas, que por lo general conciben el tiempo como una recta y no como una curva, estas soluciones pueden parecer artificiales. Es posible que el universo sea eterno. Podemos retroceder por la línea del tiempo todo lo que queramos, siempre habrá universo, de modo que no llega a plantearse realmente el problema del origen. Las religiones de la península indostánica tienden a adoptar esta estrategia. Lo mismo cabe decir de la teoría de la creación continua, que es la alternativa moderna más seria a la cosmología del big bang. Y lo mismo de una teoría reciente, propuesta por Lee Smolin, que supone la existencia de universos que generan otros universos allí donde se forman agujeros negros, en un proceso repetitivo o «algorítmico», semejante a la evolución darwiniana, que se encarga de que «evolucionen» para que aumenten las posibilidades de crear entidades complejas

como nosotros (véase el capítulo 5).[12] Estas argumentaciones son habituales en la cosmología moderna y lo que dan a entender es que el universo que vemos podría no ser más que un átomo diminuto de un «multiverso» mucho mayor. Pero estos enfoques son también insatisfactorios, porque dejan sin responder la sempiterna pregunta de cómo empezaron esos procesos eternos, de cómo fue creado un universo eterno.

También podemos volver a la idea de un creador. En el cristianismo se daba por sentado que el Creador hizo el universo hace unos miles de años. Con un cálculo que se ha hecho famoso, un tal doctor Lightfoot de Cambridge «demostró» que Dios había creado a los seres humanos exactamente a las nueve de la mañana del 23 de

octubre de 4004 a. C.[13] Otros mitos creacionistas tienen también divinidades que han creado el mundo trabajando como los alfareros, los albañiles o los relojeros. Este enfoque soluciona buena parte del problema, pero deja abierta la pregunta básica de cómo fueron creadas las divinidades en cuestión. Parece que, una vez más, nos vemos obligados a retroceder hasta el infinito.

Una posición terminal sería el escepticismo, que supone admitir sinceramente que cuando llegamos a cierto punto se nos agota el conocimiento. El conocimiento humano tiene límites por naturaleza, de modo que algunos temas y problemas siguen siendo incógnitas. Unas religiones tratan estas incógnitas como si fueran secretos que los dioses optan por ocultar a los humanos, mientras que otras, como el budismo, las consideran enigmas finales que no vale la pena indagar. Veremos que la cosmología moderna prefiere también el escepticismo al principio de sus propias leyendas, aunque propone una versión muy segura de cómo evolucionó el universo, una vez creado.

 

PRIMERAS VERSIONES CIENTÍFICAS DEL UNIVERSO

 

La ciencia moderna se esfuerza por responder a la pregunta sobre el origen empleando datos escrupulosamente comprobados y una lógica rigurosa. Aunque muchos científicos pioneros, como Newton, eran cristianos que creían firmemente en la existencia de una divinidad, también creían que la divinidad era racional, de modo que su misión era desentrañar las leyes subyacentes mediante las que la divinidad había creado el mundo. Esto significaba explicar el mundo como si no hubiera divinidades. La ciencia moderna, a diferencia de casi todas las restantes modalidades de pensamiento, se esfuerza por explicar el universo como si fuera inanimado, como si los fenómenos se produjeran sin intención ni finalidad.

La concepción cristiana del universo debió mucho a las ideas de Aristóteles. Aunque algunos griegos habían sostenido que la Tierra daba vueltas alrededor del Sol, Aristóteles puso a la Tierra en el centro del universo y la envolvió en una serie de esferas transparentes que daban vueltas alrededor de ella a velocidades distintas. En estas esferas estaban los planetas, el Sol y las estrellas. Este modelo nos parece hoy pintoresco, pero Ptolomeo, del siglo II d. C., lo defendió con una rigurosa argumentación matemática que resultó muy útil para prever los movimientos de los planetas. El cristianismo añadió por su cuenta que Dios había creado este universo hace unos seis mil años, en el curso de cinco días. El sistema tolemaico comenzó a desmoronarse en Europa entre los siglos XVI y XVII. Copérnico dio algunas razones de peso para creer que la Tierra daba vueltas alrededor del Sol y el monje hereje Giordano Bruno adujo que las estrellas eran semejantes al Sol y que el universo era probablemente infinito. Ya en el siglo XVII, Galileo y Newton estudiaron las consecuencias de estas ideas, conservando la leyenda bíblica de la creación hasta donde pudieron.

El sistema tolemaico se hundió definitivamente en el siglo XVIII. En su lugar apareció una imagen distinta, la de un universo que funcionaba de acuerdo con unas leyes estrictas, racionales e impersonales que la ciencia, en principio, podía descubrir. Dios pudo haberlo creado en el tiempo o fuera del tiempo. Pero luego dejó que se rigiera casi totalmente por su propia lógica y sus propias reglas. Newton suponía que tiempo y espacio eran absolutos y constituían el marco de referencia último del universo. En términos generales se admitía que los dos podían ser infinitos, lo que significaba que el universo no tenía límites concretos ni principio. Así se fue alejando a Dios progresivamente de la leyenda del origen.

Pero siguió habiendo problemas. Uno lo planteó la teoría de la termodinámica, que decía que la cantidad de energía utilizable del universo se reducía de manera constante (o que aumentaba la entropía; véase el apéndice 2). La inferencia era que en un universo infinitamente viejo no quedaría energía aprovechable para crear nada, lo cual, como podía comprobarse, no era verdad. Es posible que alguien pensara entonces que el universo podía no ser infinitamente viejo. Otro problema lo planteaba el cielo nocturno. Kepler señaló ya en 1610 que si hubiera una cantidad infinita de estrellas, el cielo nocturno sería completamente blanco. Este problema se denomina hoy paradoja de Olber, por el astrónomo alemán del siglo XIX que lo popularizó. Habría podido aducirse que el universo no era de tamaño infinito; esto habría solucionado la paradoja de Olber, pero habría creado otra; porque Newton había dicho que si el universo no fuera infinito, la gravedad atraería toda la materia hacia el centro del universo. Y eso, por suerte, no era lo que veían los astrónomos cuando observaban el cielo nocturno.

Como es natural, todas las teorías científicas contienen problemas. Pero pueden pasarse por alto si las teorías son capaces de responder a las preguntas que se les plantean. Y los problemas que entrañaba la teoría newtoniana se pasaron casi totalmente por alto en el siglo XIX.

 

EL BIG BANG: DEL CAOS PRIMORDIAL A LOS PRIMEROS INDICIOS DE ORDEN

 

Durante la primera mitad del siglo XX se acumularon indicios suficientes para formular una teoría alternativa que hoy llamamos cosmología del big bang. Solucionaba el problema de la entropía al sugerir que el universo no era infinitamente viejo; resolvía la paradoja de Olber postulando un universo que era finito en el tiempo y en el espacio; y eliminaba la paradoja de la gravedad al revelar que el universo se expandía demasiado aprisa (¡por el momento!) para que la gravedad lo redujera todo a una canica. La cosmología del big bang describía un universo con principio e historia, y de este modo transformó la cosmología en una disciplina histórica, en un relato de cambio y evolución.

Según esta concepción, el universo fue al principio una entidad diminuta que se expandió rápidamente y sigue expandiéndose en la actualidad. Este relato, por lo menos en la forma, se parece a los mitos de creación tradicionales que se denominan mitos de surgimiento. En estos relatos, el universo, semejante a un huevo o un embrión, parte de un punto de origen quizá indefinible y va creciendo por etapas, gobernado por las leyes internas del desarrollo. En 1927, Georges Lemaître, uno de los primeros defensores de la cosmología del big bang, dio al universo primigenio el nombre de «átomo primitivo». Como todos los mitos de surgimiento, la leyenda moderna da a entender que el universo se creó en un tiempo concreto, que tiene una biografía propia y que puede morir en el futuro lejano. La nueva teoría podía explicar muchas de las dificultades con que tropezaban las teorías antiguas. Por ejemplo, podía explicar la paradoja de Olber demostrando que el universo no había existido siempre; y como la velocidad de la luz es finita (como había dicho Einstein), podía ocurrir que la luz de las galaxias más lejanas no llegara nunca hasta nosotros durante toda la vida del universo. La teoría era igualmente compatible con el alud de información sobre las estrellas, la materia y la energía que se produjo a comienzos del siglo XX. Pero en lo referente al principio, también lo dejaba envuelto en un halo de misterio inexplicable.

La historia moderna de los orígenes dice aproximadamente lo siguiente [14]. El

universo se formó hace unos 13 000 millones de años[15]. (¿Y cuánto es esto? Si cada ser humano viviera exactamente la media bíblica de setenta años, harían falta doscientos millones de vidas humanas, puestas una detrás de la otra, para abarcar el tiempo que hay entre la actualidad y aquel comienzo. Para más detalles sobre las grandes escalas, véase el apéndice 1). De aquel principio no podemos decir nada con seguridad, salvo que entonces apareció algo. No sabemos por qué ni cómo. No hay forma de saber si existió algo antes. Ni siquiera se puede afirmar que hubiera un «antes» o un «espacio» para que algo lo habitara, porque (y éste es un argumento adelantado ya por san Agustín, en el siglo V de nuestra era) es posible que el tiempo y el espacio se crearan en el mismo instante que la materia y la energía. De modo que no podemos afirmar nada concreto sobre el instante del big bang ni sobre ningún período anterior.

Sin embargo, transcurrida una mínima fracción de segundo del big bang, la ciencia moderna nos brinda una historia coherente y rigurosa, basada en abundantes indicios. Muchos de los «acontecimientos» más relevantes se produjeron en una fracción de segundo. La verdad es que sería útil creer que el tiempo se dilató durante aquellos instantes iniciales y que una trillonésima de segundo fue entonces tan importante, a su manera, como varios miles de millones de años de historia

posterior[16].

Al principio, el universo era muy pequeño, quizá menor que un átomo. (¿Y cuánto mide un átomo? El físico Richard Feynman ejemplificó el tamaño del átomo diciendo que si hincháramos una manzana hasta que tuviese el tamaño de la Tierra, cada uno de sus átomos tendría al final el mismo tamaño que la manzana del

principio[17]). La temperatura de este universo atomizado era de muchos billones de grados. A esta temperatura, materia y energía son intercambiables, porque, como demostró Einstein, la materia es poco menos que energía congelada. En este flujo de energía/materia fabulosamente denso nos aproximamos al caos primordial de tantos mitos de creación tradicionales. Pero según la versión moderna, este universo diminuto crecía a velocidad de vértigo y fue este crecimiento lo que originó las

primeras diferencias y las primeras pautas[18]. La teoría de la inflación afirma que durante una fracción de segundo, entre alrededor de 10-34 -32 y 10 segundos después del big bang, el universo creció a una velocidad superior a la de la luz (que es de unos 300 000 kilómetros por segundo), impulsado por una forma de «antigravedad». Las magnitudes abarcadas por estos procesos son inconcebibles; antes de la inflación, el universo pudo haber sido menor que un átomo; después (una fracción de segundo más tarde) es posible que tuviera ya el tamaño de una galaxia. La inflación parece garantizar que la mayor parte del universo esté fuera de nuestro alcance, ya que la luz de la mayor parte del universo está demasiado alejada para llegar algún día hasta nosotros. Es posible que las partes del universo que podemos ver representen sólo una porción muy pequeña del universo total. Como ha dicho Timothy Ferris: «Si la totalidad del universo inflacionario equivaliese a la superficie de la Tierra, la parte

observable sería menor que un protón[19]».

Conforme crecía, el universo se iba volviendo menos homogéneo. Su simetría inicial se rompió, aparecieron varios modelos, y la energía y la materia comenzaron a adoptar formas que podemos reconocer en la actualidad. La física nuclear moderna sabe a qué temperaturas aparecen tipos concretos de energía o de materia, del mismo modo que casi todos sabemos a qué temperatura se congela el agua. Así, si podemos calcular a qué velocidad se enfrió el universo, podemos averiguar cuándo surgieron fuerzas y partículas del flujo del universo primitivo. Durante el primer segundo aparecieron los quarks y con ellos se formaron protones y neutrones, que son los principales componentes de los núcleos atómicos. Quarks y núcleos se soldaron en virtud de la fuerza nuclear fuerte, una de las cuatro fuerzas básicas que rigen nuestro universo.

En este punto de la moderna historia de la creación (todavía menos de una milésima de segundo después del big bang) se produce un despliegue de extravagancia que resulta llamativa incluso comparada con las extravagancias que son normales en casi todos los mitos de creación. Las partículas se presentaban bajo dos formas y las cantidades de materia y antimateria eran casi iguales. Las partículas de antimateria eran idénticas a las de la materia; la única diferencia era que tenían carga negativa opuesta. Por desgracia, cuando se encontraban, se destruían entre sí y el ciento por 100 de su masa se transformaba en energía. Así pues, durante el primer segundo que siguió al big bang hubo una retorcida velada subatómica durante la que se jugó a las sillas; los quarks eran los jugadores y los antiquarks las sillas, y ganaba el quark (uno entre mil millones) que no conseguía sentarse. La materia que quedó para construir el universo estaba formada por aquellas rarísimas partículas que no habían encontrado antipartícula. Las que sí la habían encontrado se habían transformado en energía pura, una energía que domina actualmente el universo en

forma de radiación cósmica de fondo[20]. Y este proceso explica por qué hay alrededor de mil millones de fotones de energía por cada partícula de materia que hay en la actualidad en el universo.

La velocidad se fue reduciendo. Unos segundos después del big bang aparecieron los electrones. La carga eléctrica de los electrones es negativa, mientras que la de los protones (que están hechos de quarks) es positiva. Las relaciones entre los electrones y los protones quedó regulada por otra fuerza fundamental, la electromagnética, que también apareció durante el primer segundo de vida del universo. En aquel caliente universo inicial, los fotones de energía que portaban la fuerza electromagnética se vincularon con partículas de materia. El universo era entonces como el interior del Sol en la actualidad: un incandescente océano de partículas y fotones en interacción incesante. El universo entero ardía con la energía generada por las interacciones de los protones, los electrones y la luz. En esta «era de radiación», como dice Eric Chaisson, la materia existente no sobrepasaba el estado de «un precipitado microscópico, relativamente tenue, suspendido en una fulgurante “niebla”

macroscópica de densa radiación[21]».

Al cabo de 300 000 años aproximadamente, la temperatura media del universo bajó a unos 4000 grados centígrados por encima del cero absoluto y este enfriamiento

permitió una de las transiciones más importantes de la historia del universo[22]. Los momentos de transición son tan misteriosos como los orígenes, y se han producido a lo largo de toda nuestra historia. Uno de los ejemplos más comunes de la vida cotidiana es la que tiene lugar cuando el agua se evapora. El agua se calienta y lo único que sucede durante un rato es que se pone más caliente. El cambio se produce gradualmente y podemos verlo. De pronto se cruza un umbral; se forma algo nuevo y todo el sistema entra en una fase diferente. Lo que antes era líquido ahora es gaseoso. ¿Por qué debería haber un umbral en este punto concreto, en este caso a los 100 grados centígrados (al nivel del mar)? Unas veces podemos explicar las transiciones entre dos estados y la respuesta afecta por lo general al cambiante equilibrio entre fuerzas diferentes: la gravedad, la presión, el calor, las fuerzas electromagnéticas, etc. Pero otras no sabemos por qué se cruza un umbral en ese punto concreto.

El final de la era de la radiación es una transición que los físicos explican mejor o peor como fruto del equilibrio entre la menguante energía de los fotones y las fuerzas electromagnéticas operantes a nivel subatómico. Al expandirse el universo, se enfrió y la energía de la luz que fluía por él disminuyó lo suficiente para permitir que los protones, de carga positiva, capturasen electrones y formaran átomos estables, eléctricamente neutros. A causa de esta neutralidad, los átomos dejaron de interaccionar con fuerza con los fotones, aunque siguió habiendo interacciones a niveles más sutiles. El resultado fue que los fotones pudieron fluir libremente por el universo. Materia y energía dejaron de interaccionar a casi todos los efectos. Pasaron a ser reinos diferentes, como la materia y el espíritu en las cosmologías del mundo judeocristiano e islámico. La era que siguió a este divorcio podría denominarse «era

de la materia[23]».

Los primeros átomos eran muy sencillos. Casi todos eran de hidrógeno, que consisten en un protón y un electrón. Pero la tercera parte eran átomos de helio, que constan de dos protones y dos electrones, y trazas de átomos más pesados. Todos los átomos son diminutos y su diámetro viene ser la diezmillonésima parte de un centímetro. Pero casi todo su interior está vacío. Los protones y los neutrones están escondidos en el núcleo, mientras que los electrones dan vueltas a su alrededor a mucha distancia de ellos. En palabras de Richard Feynman: «Si tomáramos un átomo y quisiéramos ver su núcleo, tendríamos que aumentar su tamaño hasta que tuviera las dimensiones de una sala y aun así el núcleo sería una pequeña mota apenas perceptible a simple vista, a pesar de lo cual casi todo el peso del átomo está en ese

núcleo infinitesimal[24]». Trescientos mil años después de su formación, el universo seguía siendo simple. Consistía básicamente en espacio vacío en el que flotaban grandes nubes de hidrógeno y helio y en el que se volcaban cantidades tremendas de energía.

 

TABLA 1.1. CRONOLOGÍA DEL UNIVERSO PRIMITIVO.

 

FUENTES: Cesare Emiliani, The Scientific Companion: Exploring the Physical World With Facts, Figures, and

Formulas 2 , John Wiley, Nueva York, 1995, p. 82; y véase la parecida cronología que aparece en Stephen

Hawking, The Universe in a Nutshell, Bantam, Nueva York, 2001, p. 78.

En la tabla 1.1 hay una breve cronología de la historia inicial del universo. Unos 300 000 años después del big bang estaban presentes todos los ingredientes de la creación: el tiempo, el espacio, la energía y las partículas básicas de la materia, a saber, protones, electrones y neutrones, ya organizados casi totalmente en átomos de hidrógeno y helio. Desde entonces no ha cambiado prácticamente nada. Hoy hay la misma energía y la misma materia que entonces. Lo único que ha cambiado es que en los 13 000 millones de años siguientes los elementos citados se han organizado en estructuras que se forman y deshacen continuamente. En cierto modo, el resto del mito moderno no es más que la historia de esas estructuras.

Pero dichas estructuras son de gran importancia para nosotros, dado que somos organismos detectores de estructuras. Las estructuras que aparecieron son las estrellas y las galaxias, los elementos químicos, el sistema solar y todos los organismos vivos que pueblan la Tierra, entre los que estamos nosotros, naturalmente. Como dicen que expuso cierto ingenioso anónimo: «El hidrógeno es un gas ligero e inodoro que, con

tiempo suficiente, se convierte en ser humano[25]». Desde este punto de vista, el mito moderno de la creación es tan paradójico como cualquier mito de la antigüedad. Nada cambia, pero todo se transforma. Aunque hay seres y objetos que parecen vivir independientemente de los demás, y poseer características distintivas particulares, también es verdad que en el fondo todos son iguales. La idea de que forma y materia son expresiones de la misma sustancia se debe a Giordano Bruno, que la expuso en un libro de 1584 titulado De la causa, principio y uno. Pero es una idea que se encuentra también en muchas filosofías y religiones. Según uno de los textos budistas más venerados, el Sutra del Corazón, «la forma es vacío y el vacío forma. El vacío es

sólo forma; la forma sólo es vacío[26]». Uno de los temas principales del capítulo siguiente será cómo se formaron las estructuras a partir del caos aparente del universo primitivo.

 

PRUEBAS DE LA COSMOLOGÍA DEL BIG BANG

 

Dejemos las especulaciones metafísicas y volvamos al prosaico pero decisivo terreno de las pruebas. ¿Por qué los astrónomos modernos aceptan lo que a simple vista parece una historia absurda? ¿Por qué tenemos que tomárnosla en serio? La breve repuesta es que, a pesar de toda su rareza, la versión moderna de la formación del universo se basa en cantidades ingentes de pruebas.

 

Hubble y el desplazamiento hacia el rojo

 

La primera prueba fundamental se encontró estudiando el tamaño y la forma del universo. Cartografiar el universo consiste en determinar la distancia que hay entre las estrellas, el orden que presentan y la interrelación de sus movimientos. Los intentos modernos de cartografiar científicamente el universo se remontan a finales del siglo XIX.

Averiguar las distancias estelares es muy difícil. Sin embargo, aplicando una trigonometría elemental y midiendo con exactitud la paralaje de un cuerpo celeste es posible calcular la distancia de las estrellas cercanas. La línea de referencia más larga de los astrónomos situados en la Tierra es la propia órbita del planeta alrededor del Sol; en consecuencia, los astrónomos buscan estrellas que parezcan desplazarse cuando se observan con intervalos de seis meses. Pero incluso este método necesita unas mediciones demasiado exactas para los recursos que tenían los astrónomos anteriores al siglo XIX (véase la figura 1.1).

Cuando se trata de estrellas lejanas, tenemos que confiar en métodos menos exactos aún. En la primera década del siglo XX, la astrónoma estadounidense Henrietta Leavitt analizó algunas estrellas variables, es decir, estrellas cuyo brillo cambia según un ciclo regular. Así averiguó que en una clase concreta de estrellas variables, las llamadas cefeidas, el ciclo reflejaba el tamaño y el brillo. Lo que hacía que las cefeidas alternaran los períodos de fulgor con los de opacidad era su movimiento de expansión y contracción. Leavitt demostró que las cefeidas mayores (y, por lo tanto, las más brillantes) se expanden y contraen más lentamente. Así pues, midiendo la longitud del ciclo, los astrónomos podrían calcular el tamaño y, por lo tanto, el brillo real (o luminosidad intrínseca) de cada cefeida. Luego, midiendo su brillo aparente desde la Tierra, se podría calcular cuánta luz se había perdido al viajar hacia nuestro planeta y, por lo tanto, a qué distancia estaba realmente la estrella.

Ya en los años veinte, otro astrónomo estadounidense, Edwin Hubble, cartografió vastas zonas del universo con el telescopio de Monte Wilson y tomando las cefeidas como punto de referencia. Lo primero que averiguó fue que muchas cefeidas parecían estar fuera de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Esto quería decir que en el universo no había sólo una galaxia, sino muchas, lo cual venía a corroborar una idea que el filósofo Immanuel Kant había propuesto casi dos siglos antes. (Kant sugirió en concreto, y muy acertadamente, que los objetos que los astrónomos llamaban «nebulosas» eran más bien galaxias, muy alejadas de la nuestra). Esta idea, anunciada por Hubble en 1924, representó una revolución en la astronomía moderna. Al cabo de unos años, el mismo Hubble intuyó algo más revolucionario aún y de mayor alcance. A finales de los años veinte descubrió que las galaxias más distantes parecían alejarse de nosotros. La verdad es que cuanto más lejos estaban, más aprisa parecían apartarse de la Vía Láctea. Hoy sabemos que las galaxias observables que están más distantes de nosotros se alejan a más del 90 por 100 de la velocidad de la luz. ¿Cómo lo supo Hubble? ¿Y qué consecuencias tuvo su extraña observación?

FIGURA 1.1. Paralaje: medición de la distancia de las estrellas con trigonometría elemental. La Tierra cambia de

 

lugar en el cielo cada seis meses. En consecuencia, las estrellas más cercanas parecen desplazarse durante el año;

cuanto más cerca están, mayor parece su desplazamiento desde la Tierra. La diferencia entre las posiciones

aparentes de una misma estrella se denomina paralaje. Midiendo escrupulosamente estos cambios de posición,

con una sencilla operación trigonométrica podemos averiguar la distancia real a la que está la estrella. Éste fue el

primer método que se empleó para determinar la escala real del cosmos. Si las estrellas están muy lejos, los

ángulos son demasiado pequeños para que funcione este método, de modo que hay que utilizar otros. De Ken

Croswell, The Alchemy of the Heavens, Oxford University Press, Oxford, 1996, p. 16. Con permiso de Doubleday,

división de Random House, Inc.

 

Por raro que parezca, es más fácil averiguar si los objetos distantes se acercan o se alejan que medir la distancia exacta que los separa de nosotros. La técnica que hay que emplear es elegante y poco complicada. Si analizamos en un espectrómetro la luz de una estrella lejana, veremos las distintas partes que componen su espectro. La luz se filtra por un prisma y las diferentes frecuencias forman ángulos diferentes, de suerte que, al salir del prisma, aparecen formando bandas de colores, como un arco iris. Cada banda, o color, representa una frecuencia luminosa, luz con una energía concreta. Separadas las frecuencias, cada nivel de energía se puede analizar independientemente. En los espectros estelares, incluido el del Sol, aparecen líneas estrechas y oscuras en relación con determinadas frecuencias. Los estudios de los laboratorios han revelado que estas líneas se producen porque la luz, al acercarse a nosotros, atraviesa materiales que absorben la energía de frecuencias concretas, de modo que cuando aquélla nos alcanza está muy debilitada. Estas líneas oscuras se denominan líneas de absorción. Cada línea de absorción corresponde a un elemento químico concreto, que absorbe la energía de la luz de una frecuencia determinada. Lo que esto significa es extraordinario, porque analizando las líneas de absorción de la luz estelar podemos calcular qué elementos hay en una estrella y en qué cantidades. El conocimiento moderno sobre el funcionamiento de las estrellas (véase el capítulo 2) se basa en gran medida en estos estudios.

Más extraordinario aún es que los espectros estelares pueden informarnos de si una estrella se nos acerca o se aleja, y a qué velocidad. El principio de base es el efecto Doppler, ese mismo efecto que hace que la sirena de una ambulancia se oiga más aguda cuando el vehículo se acerca a nosotros y más grave cuando nos rebasa y se aleja. Si un objeto móvil (como una ambulancia) emite energía en ondas (como las del sonido), estas ondas se comprimen cuando el objeto se dirige hacia nosotros y se alargan cuando se aleja. Si estamos en una playa y nos adentramos en el agua, nos llegarán más olas que si estamos inmóviles. Pero si estamos saliendo del agua, las olas nos llegarán con menos frecuencia. Este principio es igualmente válido para el espectro de la luz. Al analizar la luz de las estrellas, las líneas de absorción suelen tener una posición distinta de la que se espera en un laboratorio. Por ejemplo, la línea de absorción correspondiente al hidrógeno podría desplazarse a una frecuencia superior, comprimiendo sus ondas (o acercándolas al extremo azul del espectro). También podría desplazarse a una frecuencia inferior (más próxima al extremo rojo del espectro), en cuyo caso las ondas lumínicas se estirarán. Hubble detectó ambas clases de desplazamiento. Y como observaba los objetos más lejanos, se dio cuenta de que en todos se producía un desplazamiento hacia el extremo rojo del espectro. En otras palabras, parecían estirarse, como si se alejaran de nosotros. Y cuanto más lejos estaban, mayor era el desplazamiento hacia el rojo.

Las consecuencias del descubrimiento de Hubble son impresionantes, pero fáciles de entender. Cuanto más lejos está una galaxia de la Tierra, más aprisa se aleja de ella, aunque las estrellas de la Vía Láctea y otras galaxias cercanas se mantienen unidas por obra de la gravedad. No hay motivo para creer que vivamos en una región aberrante del universo. Los modernos mapas de las galaxias indican más bien que el universo es muy homogéneo en las escalas mayores. Por lo tanto, hay que suponer que cualquier observador extraterrestre advertiría asimismo que algunas partes del universo parecen alejarse de él. Y esto sólo puede significar que el conjunto del universo se está expandiendo. Si el universo está en expansión, tiene que haber sido antes más pequeño de lo que es hoy. Retrocediendo en el tiempo con esta lógica no tardaremos en comprender que en algún momento del remoto pasado tuvo que haber tenido un tamaño microscópico. Esta argumentación conduce directamente a la conclusión básica de la moderna cosmología del big bang: que el universo fue antaño infinitesimalmente pequeño y que se expandió, y sigue expandiéndose en la actualidad. El trabajo de Hubble aportó la primera y hasta hoy más contundente prueba de la cosmología del big bang.

Hubble demostró además que midiendo la velocidad de expansión podía calcularse el tiempo que llevaba expandiéndose el universo. Fue una conclusión extraordinaria, porque parecía anunciar algo completamente inesperado. ¡Hubble había encontrado la forma de saber la edad del universo! Al principio calculó que la velocidad de expansión (o constante de Hubble) era de unos 500 kilómetros por segundo por cada megaparsec que hubiera entre dos objetos. (Un megaparsec es la distancia que recorre la luz en 3,26 millones de años, es decir, aproximadamente 30,9 × 18 10 km, unos 30 trillones de km). Pero esta cantidad daba a entender que el universo tenía sólo alrededor de dos mil millones de años. Hoy sabemos que eso es imposible, ya que la Tierra tiene por lo menos dos veces esa antigüedad. Los cálculos modernos dan un valor inferior a la constante de Hubble y suponen un universo más antiguo. Pero la determinación de la antigüedad exacta sigue siendo problemática, sobre todo por la extrema dificultad de averiguar la distancia que nos separa de las galaxias lejanas. Los cálculos modernos, que se sirven de varios marcadores de distancias además de las cefeidas, sugieren que la constante de Hubble está entre 55 y 75 km/segundo por megaparsec. Estas cantidades presuponen que el universo tiene entre 10 000 y 16 000 millones de años y los cálculos más recientes parecen

converger en la cifra de 13 000 millones[27]. Para simplificar las cosas, será esta cantidad la que empleemos en este libro.

 

La relatividad y la física nuclear

 

A principios del siglo XX casi todos los astrónomos seguían pensando que el universo era infinito, homogéneo y estable. Las conclusiones de Hubble se habrían acogido como extravagancias si no hubiera habido otros hechos que estaban desacreditando la imagen tradicional. Uno fue la publicación de la teoría de la relatividad de Einstein. Los detalles de esta teoría no interesan aquí, pero una de sus consecuencias era la posibilidad de que el universo fuera inestable en las escalas mayores. Las ecuaciones de Einstein venían a decir que el universo, a semejanza de un alfiler que se deja en posición vertical, tenía que caer hacia un lado o hacia otro. Tenía que estar expandiéndose o contrayéndose; un universo totalmente equilibrado era harto improbable. El propio Einstein era reacio a admitir esta conclusión. Luego dijo que fue el mayor error de su vida, pero para defender la idea de un universo estable llegó a modificar su teoría proponiendo la existencia de una fuerza que denominó «constante cosmológica». Imaginó esta fuerza como una especie de antigravedad que podía contrarrestar la gravedad e impedir que el universo se hundiera hacia su propio centro. Sin embargo, en 1922 el ruso Alexander Friedmann demostró que el universo podía estar realmente expandiéndose o contrayéndose. Al final, incluso Einstein admitió la idea de que el universo era inestable y estaba en evolución.

Pero se tardó algún tiempo en comprender las consecuencias de estos hallazgos. La idea de un universo en expansión todavía parecía estrafalaria en los años cuarenta. Entre los años cuarenta y sesenta se acumularon indicios que apoyaban la idea y a finales de esta última década la teoría del big bang era ya la versión canónica del origen del universo. A finales de los años cuarenta, y basándose en parte del conocimiento adquirido con las investigaciones sobre la bomba atómica, algunos físicos estadounidenses, entre ellos George Gamow, se pusieron a desarrollar las consecuencias de esta nueva concepción del universo. ¿Cómo sería un universo microscópico? Saltaba a la vista que tenía que estar muy caliente: así como un neumático de bicicleta se calienta cuanto más aire se le introduce, el universo, con toda la materia y energía comprimidas en un espacio tan reducido, tuvo que haber alcanzado temperaturas altísimas. Los detalles de cómo pudo comportarse la materia en estas condiciones no nos afectan. Lo que nos interesa es que científicos como Gamow y luego Fred Hoyle (que acabó siendo un crítico encarnizado de la cosmología del big bang) no tardaron en percatarse de que, basándose en las ideas vigentes entonces sobre el funcionamiento de la energía y la materia a diferentes temperaturas, podían hacer algunos cálculos sobre el comportamiento del universo primitivo. Y los resultados tenían coherencia. Averiguaron que se podía elaborar una imagen muy convincente de la formación del universo temprano, dando por sentada la teoría del big bang. Concretamente se podía calcular, aunque de manera aproximada, qué formas de energía y materia pudieron haber existido en el universo primitivo y cómo pudo haber evolucionado este universo conforme se expandía y enfriaba. No tardó en comprenderse que la idea de un universo primigenio denso y caliente era totalmente compatible con todo lo que se sabía en el incipiente campo de la física de partículas.

 

La radiación cósmica de fondo

 

Lo que finalmente convenció a la mayoría de los astrónomos para que aceptaran la teoría del big bang fue el descubrimiento de la radiación cósmica de fondo (RCF). Las primeras teorías sobre el desarrollo del big bang habían sugerido que las partículas y las fuerzas pasaron a tener una existencia estable cuando la temperatura descendió y alcanzó un nivel que les permitió vivir. Como hemos visto, durante cientos de miles de años hubo demasiada energía y demasiado calor en el universo para que se formaran átomos. Pero al final la temperatura bajó lo suficiente para que los protones (que tienen carga eléctrica positiva) capturasen electrones (que tienen carga negativa). En este punto, la materia se volvió eléctricamente neutra y la energía y la luz fluyeron libremente por el universo. Los primeros teóricos de la cosmología del big bang dijeron que en aquel momento tuvo que haber una colosal liberación de energía cuyos restos deberían poder detectarse en la actualidad.

Una prueba de la cautela con que los científicos enfocaban todavía la idea del big bang es que ninguno buscó en serio esa energía de fondo. Arno Penzias y Robert Wilson, que trabajaban en los Laboratorios Bell de Nueva Jersey, la encontraron por casualidad en 1964. Estaban construyendo unas antenas de radio de alta sensibilidad y comprobaron que era imposible eliminar todo el «ruido» de fondo que recogían. Al final se dieron cuenta de que, las orientaran hacia donde las orientasen, las antenas siempre recogían un débil zumbido de energía débil. ¿Qué podía estar emitiendo energía desde todas las direcciones al mismo tiempo? Si la energía hubiera procedido de una estrella o una galaxia concreta habría sido normal, pero que llegara de todas partes, y en tal cantidad, carecía de lógica. Porque la señal era débil, pero cuando se sumaba toda la energía que representaba, el total era fantástico. Hablaron de su descubrimiento con un radioastrónomo que había oído decir al cosmólogo P. J. E. Peebles que tenían que existir restos de radiación con un nivel de energía correspondiente a una temperatura de unos tres grados centígrados por encima del cero absoluto. Esto se acercaba mucho a la temperatura de la radiación propugnada por Penzias y Wilson. Habían encontrado la explosión de energía predicha por los primeros teóricos del big bang.

Este descubrimiento fue decisivo, porque lo único que podía explicar con claridad y sencillez aquella poderosa fuente de energía universal era la teoría del big bang. Después de 1965, pocos astrónomos dudaban ya que la teoría del big bang fuera la mejor explicación del origen del universo. Actualmente es la idea fundamental de la astronomía, el paradigma que unifica las teorías e ideas de la astronomía moderna. Y la radiación cósmica de fondo es la piedra angular de la cosmología actual: los proyectos de cartografiar sus pequeñas variaciones deberían darnos a corto plazo la mejor información que se ha tenido hasta la fecha sobre la naturaleza del universo primitivo. (El cosmólogo Max Tegmark ha dicho que «el fondo de microondas

cósmicas es a la cosmología lo que el ADN [28] a la biología»). En junio de 2001 se lanzó una sonda, la Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, con la misión de describir las mencionadas variaciones con una precisión superior a todo lo intentado

hasta entonces[29].

 

Pruebas de otra clase

 

Desde el descubrimiento de la RCF ha habido más indicios que apoyan la teoría del big bang. Por ejemplo, esta teoría presupone que el universo primitivo estaba compuesto básicamente por elementos simples, sobre todo por hidrógeno (alrededor del 76 por 100) y helio (alrededor del 24 por 100). Estos porcentajes son aproximadamente los que observamos en el universo actual (aunque la cantidad de hidrógeno ha descendido aproximadamente al 71 por 100 porque las reacciones del interior de las estrellas han convertido el hidrógeno en helio, que actualmente suma alrededor del 28 por 100 de toda la materia). El predominio químico del hidrógeno y el helio no es un dato percibido por nosotros de manera inmediata, ya que vivimos en un rincón del universo donde hay altas concentraciones de otros elementos (véanse los capítulos 2 y 3), a pesar de lo cual es un hecho presente en todas partes. El hidrógeno es con diferencia el elemento más común, incluso en nuestro cuerpo. Como han dicho Lynn Margulis y Dorion Sagan: «Nuestro cuerpo de hidrógeno

refleja un universo de hidrógeno[30]». Además se han hecho mediciones muy exactas de las pequeñas cantidades de litio aparecidas en el big bang, y también éstas se aproximan mucho a las cantidades previstas por las teorías de la formación de elementos durante el big bang.

Tenemos también el hecho de que ni las observaciones astronómicas ni las técnicas radiométricas de datación (véase el apéndice 1) pueden identificar objetos que tengan más de 12 000 millones de años. Aunque el universo fuera realmente mucho más antiguo (pongamos doscientos o trescientos mil millones de años), sería muy extraño que no hubiera objetos que rebasaran la antigüedad tope de los 12 000 millones de años.

Por último, la teoría del big bang —a diferencia de su principal competidora, la teoría de la creación continua— da a entender que el universo ha cambiado con el paso del tiempo. Esto significa que las partes más lejanas del universo tienen que ser distintas de las más cercanas, porque cuando observamos objetos que están, por ejemplo, a 10 000 millones de años luz, lo que en realidad observamos es el universo tal como fue hace 10 000 millones de años. Como veremos, los objetos lejanos se diferencian del universo moderno en más de un sentido que nos afecta. Por ejemplo, el universo primitivo contenía muchos más cuásares (véase el capítulo 2) que el universo actual.

 

¿Cuánta confianza merece la cosmología del big bang?

 

¿Es verdadera? De ninguna teoría científica puede decirse que sea absolutamente verdadera. Y esta teoría tropieza con varias dificultades, algunas muy técnicas. Pero ninguna parece insuperable por el momento.

En la última década del siglo XX se creyó durante un tiempo que había estrellas que eran más antiguas que el universo visible, un dato que, en opinión de algunos astrónomos, arrojaba serias dudas sobre toda la teoría del big bang. Las observaciones posteriores efectuadas por el telescopio Hubble han demostrado que era un indicio falso. Las estrellas más antiguas parece que tienen en la actualidad unos mil millones de años menos que la edad del universo tal como la determinan los cálculos más recientes de la constante de Hubble. ¡Una buena noticia para la cosmología del big bang! Pero hubo una noticia menos halagüeña cuando, poco antes del cambio de siglo y de milenio, los estudios de las supernovas de tipo I-a (véase el capítulo 2) revelaron que la velocidad de expansión del universo, lejos de reducirse por efecto de la gravedad, está aumentando. Si estas observaciones son correctas, resultan asombrosas, porque parecen dar a entender que existe una fuerza desconocida hasta ahora que viene ejerciéndose de manera incesante desde el big bang y que mantiene y acelera la velocidad de expansión, pero que al mismo tiempo es demasiado débil para detectarse. Una posibilidad es que esta fuerza sea «energía de vacío», una fuerza prevista por la mecánica cuántica que al parecer funciona en sentido opuesto a la gravedad y que separa y disgrega la materia y la energía en vez de concentrarlas. Si es así, sus efectos podrían ser casi idénticos a los de la constante

cosmológica de la hipótesis de Einstein[31]. El dato podría introducir una abultada cuña en la maquinaria de la cosmología del big bang, aunque por otro lado podría aportar una solución inesperada al problema de la materia oscura (véase el capítulo 2), porque la energía de vacío, al igual que toda la energía, tiene masa, y ésta podría corresponder a una cantidad importante de la materia que los astrónomos andan buscando. Y tenemos también el peliagudo problema del origen. Todo nuestro conocimiento científico se viene abajo cuando se trata del inicio del big bang. La densidad del universo parece moverse hacia el infinito, al igual que su temperatura, y la ciencia moderna no tiene medios adecuados para abordar estos fenómenos, aunque dispone de muchas ideas prometedoras.

Lo que nos estimula a tomar en serio la teoría, a pesar de estas dificultades, es que resulta compatible con casi todo el conocimiento empírico y teórico acumulado por la astronomía y la física de partículas. Y es la teoría que explica más cosas. Que los científicos hayan elaborado una teoría lógica compatible con tantos indicios y capaz de explicarnos qué ocurrió durante los primeros minutos de la historia del universo ya es de por sí una hazaña asombrosa. No la vuelve menos notable comprender que las investigaciones del futuro modificarán indudablemente la forma actual de la teoría, quizá de un modo decisivo.

 

NOTA SOBRE LA NOTACIÓN EXPONENCIAL

 

La ciencia moderna suele barajar cantidades muy grandes y números muy elevados. Escribir, por ejemplo, mil cuatrillones con números ocuparía mucho espacio (para ver cuánto, léase el párrafo siguiente), por eso los científicos utilizan lo que ellos llaman notación exponencial; en este capítulo ya han aparecido cantidades

abreviadas con esta útil taquigrafía matemática. Véase cómo funciona[32]. Cien es 10 multiplicado por 10 o 10 elevado a la segunda potencia. En notación exponencial, en vez de poner 100 pondremos 102. Mil es 10 elevado a la tercera potencia, en consecuencia escribiremos 103; y así sucesivamente. Para convertir la notación exponencial en notación normal hay que poner primero un 1 y a continuación la cantidad de ceros que indique la potencia. Mil (103) será por tanto un 1 seguido de tres ceros; y un billón (un millón de millones) será 1012, es decir, un 1 seguido de doce ceros: 1 000 000 000 000. También podemos utilizar esta notación para representar las cantidades pequeñas. Una centésima (1/100 o 1 por 100) se escribirá 10-2 -3 y una milésima (1/1000) 10. El sistema sirve igualmente cuando las cantidades no son múltiplos de diez. Así, una cantidad como 13 billones de años se puede enfocar como un billón de años multiplicado por 13 y en notación exponencial se escribirá 13 12 × 10 años.

Lo fundamental es que aumentar la potencia en una unidad multiplica por diez la cantidad anterior. Así, 103 2 no es un poco mayor que 10: es diez veces mayor. Del mismo modo, 1018 9 (un trillón) no es el doble de 10 (mil millones), sino una cantidad mil millones (109 17 ) de veces mayor; y es diez veces mayor que 10. La notación exponencial es una forma aparentemente sencilla de describir cantidades astronómicas que nos harían perder la cuenta de los ceros. Se puede consignar la masa de un átomo de hidrógeno en notación exponencial diciendo que es 1,7 -27 × 10

kilos. En números normales no es más que una fracción sencilla aunque larga: 1,7/ 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 kg, o lo que es igual: 1,7 por una milcuatrillonésima de kilo. Entender lo que significa es más complicado. Por lo tanto, imaginemos algo tan pequeño que pese sólo una milmillonésima de kilo. (No podemos, como es natural, porque nuestra mente no está hecha para afrontar tales cálculos, pero podemos hacer un esfuerzo). Por lo tanto, imaginemos algo que pese la milmillonésima parte de la sustancia anterior; repitamos el experimento otra vez y habremos imaginado el tamaño de un átomo de hidrógeno. Para pesar el Sol, multipliquemos en vez de dividir. El Sol tiene una masa de alrededor de 2 27 × 10

toneladas, es decir, 2 000 000 000 000 000 000 000 000 000, dos mil cuatrillones de toneladas. Y contiene alrededor de 1,2 57 × 10 átomos. El universo contiene alrededor de 1022 estrellas. Para calcular por encima los átomos que hay en el universo, multipliquemos ambas cantidades, lo que significa sumar las potencias, y obtendremos 1,2 79 × 10 átomos. Esta fórmula puede dejarnos fríos hasta que la ponemos en números normales y, aun así, es posible que muchos no entendamos qué estamos escribiendo. En el último capítulo de este libro nos encontraremos con cantidades muchísimo más elevadas que las que hemos mencionado aquí.

 

RESUMEN

 

No sabemos con certeza qué pasaba en el universo hace más de 13 000 millones de años. Por no saber, no sabemos ni siquiera si existían el tiempo y el espacio. En cierto momento, la energía y la materia brotaron reventando el vacío y crearon el tiempo y el espacio. El universo primitivo estaba muy caliente y era muy denso, y se dilató muy aprisa con una especie de explosión cósmica. Al dilatarse, se enfrió. La materia y la antimateria se aniquilaron entre sí, dejando un leve residuo de materia. Del violento flujo del universo primitivo surgieron entidades concretas —protones, neutrones, fotones, electrones— y fuerzas definidas, a saber, la fuerza fuerte, la fuerza débil, la gravitatoria y la electromagnética. Cuando hubieron transcurrido unos cientos de miles de años, el universo estuvo lo bastante frío para que los protones y los electrones formaran átomos estables; y la materia del universo se volvió eléctricamente neutra. En consecuencia cesó la interacción continua de la materia y la energía, y la radiación fluyó libremente por el universo. Conforme el universo se expandía, fue descendiendo la temperatura de la radiación, que hoy es detectable en forma de radiación cósmica de fondo.

Esta historia, por rara que parezca, se basa en un ingente número de investigaciones científicas y es compatible con casi todo lo que sabemos hoy de astronomía y física de partículas. El big bang es actualmente la idea axial de la cosmología moderna. Es el paradigma que unifica nuestras ideas actuales sobre la naturaleza y sobre la historia del universo, y ocupa el capítulo primero del mito de creación moderno.

 

LECTURAS COMPLEMENTARIAS

 

Primal Myths (1991) de Barbara Sproul es una antología de mitos de creación de muchas culturas, e incluye un ensayo introductorio. Hoy hay muchas explicaciones populares de la cosmología del big bang y algunas las han escrito personas que han contribuido a forjar el relato moderno del origen del universo. Los libros que cito están entre los que me parecen más útiles. La Historia del tiempo (1988) de Stephen Hawking es de los más conocidos y a este título habría que añadir otro más reciente del mismo autor, El universo en una cáscara de nuez (2002). Bastante más técnico es Los tres primeros minutos del universo 2 (1993) de Steven Weinberg. Génesis (1981) de John Gribbin es una magnífica introducción para el público en general (y una de las fuentes de inspiración del presente libro), aunque ya ha empezado a envejecer. Más al día, pero igual de amenos, son Informe sobre el Universo (1997) de Timothy Ferris, The Origin of the Universe (1994) de John Barrow, Cosmology (2001) de Peter Coles, y Our Cosmic Origins (1998) de Armand Delsemme. Este último título está especialmente relacionado con la primera mitad del presente libro. El Scientific Companion (1995) de Cesare Emiliani es un manual útil para quienes busquen más información sobre las ideas y los conceptos de la astronomía, la química y la física modernas. Cosmic Evolution (2001) de Eric Chaisson es un intento de desentrañar el significado del orden y la entropía a distintas escalas, de las estrellas a los microbios, y Seis números nada más (2000) de Martin Rees trata también de las estructuras básicas del universo. The Life of the Cosmos (1998) de Lee Smolin es un ameno y ambicioso volumen que especula sobre la posibilidad de que nuestro universo sea uno más en un enjambre de universos que cambian según alguna forma de evolución cósmica. El breve trabajo de Charles Lineweaver, «Our Place in the Universe» (2002) es una extraordinaria introducción al problema de pensar en escalas y orientaciones en el universo. Timescale (1983) de Nigel Calder es una notable cronología de la totalidad del tiempo, aunque tiene años de sobra para considerarse algo anticuado.