Más rápido que la velocidad de la luz (16 page)

Este hecho tiene consecuencias de suma importancia para la historia del universo. Si la radiación se diluye más rápidamente que la materia, debió existir en las primeras etapas del universo una radiación muy densa y muy caliente. De hecho, si una especie se diluye más velozmente que otra, debe esfumarse en las fases tardías y debió predominar en las primeras etapas. En otras palabras, la radiación cósmica es algo así como un dinosaurio: algo que está prácticamente en extinción pero que imperaba en el universo en épocas arcaicas. Así, el descubrimiento de la radiación cósmica derivó en un modelo particular del
big bang
denominado hoy
hot big bang
, que entraña un universo en expansión con un pasado abrasador en el cual predominaban los fotones de alta energía que formaban un mar de radiación sumamente caliente.

Lo dicho hasta aquí se refiere a los ingredientes rutinarios del universo que integran la versión más apetecible del
big bang.
Pero ¿qué sucede con la supervivencia de los más aptos si agregamos unas gotas de constante cosmológica? ¿Qué destino le toca a ese animal hipotético cuando se lo somete a la expansión?

Recordemos que la energía del vacío ya está sometida a una tensión extrema, de suerte que se opone a la expansión al resistirse a una tensión mayor. De este hecho se infiere que, al contrario de lo que sucede con la radiación, la expansión cósmica debe transferir energía a la constante cosmológica a medida que estira esa especie de banda de goma que es Lambda, y la obliga a acumular cada vez más tensión. En consecuencia, la expansión tiene un efecto doble sobre Lambda: por un lado, diluye su energía y, por el otro, se opone a la tensión transfiriéndole energía. La disminución de la energía debida a la expansión del volumen y la acumulación de energía en forma de tensión son dos efectos opuestos que entrañan un resultado peculiar. La densidad de energía implícita en la constante cosmológica es la misma en todo momento y no se ve afectada por la expansión del universo: sometida a expansión, ¡su densidad energética sigue siendo la misma!

Se trata de un hecho de consecuencias espectaculares pues, si en un instante determinado de la vida del universo hay el menor vestigio de energía del vacío, entonces, a medida que el universo se expande, y se diluyen el polvo cósmico y la radiación, Lambda predomina cada vez más. Pero el predominio del vacío puede acarrear una catástrofe, es decir, un universo muy distinto del que conocemos. La oscuridad invadiría los cielos y nuestra galaxia se encontraría aislada; además, no se registraría ninguna radiación cósmica. ¿Por qué razón no hemos llegado a esa situación?

Hagamos lo mismo que hicimos antes y hablemos concretamente de cifras. Consideremos en primer lugar el universo al cabo de un segundo de existencia. Se puede demostrar que el porcentaje de energía del vacío en el universo debe ser inferior al o, (34 ceros) 1 por ciento para que Lambda no haya dominado la situación hace ya mucho tiempo. Si imponemos más restricciones y suponemos que el universo se está expandiendo desde el tiempo de Planck, entonces el aporte inicial de la energía del vacío tiene que haber sido inferior a o, (120 ceros) 1 para que las cosas sean como son.

Esto implica transitar por otra cuerda floja, mucho más peligrosa todavía.

Los enigmas del
big bang
son muy incómodos, de modo que ya en la década de 1960 los cosmólogos luchaban por encontrarles solución, pero todas las que hallaron tenían fallas. Uno de los intentos más interesantes tal vez fue el de Yakov Zeldovich, cosmólogo ruso cuya vida tiene muchos puntos de contacto con la de Friedmann. Los seis años de escuela secundaria fueron toda su educación formal, circunstancia que quizás explique su extraordinaria imaginación y creatividad. Fue en gran medida un autodidacta, pero, aun cuando no asistió jamás a la universidad, recibió el título de doctor a la edad de 22 años.

A Zeldovich, como a Friedmann, le faltó lastre
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. Tuvo tantas ideas innovadoras en el campo de la cosmología que a veces los investigadores creen que hubo varios científicos con el mismo nombre. De hecho, para distinguir las diversas fórmulas que llevan su nombre, se les agrega el de algún otro científico occidental que arribó al mismo resultado varios años más tarde. Pues bien, Zeldovich propuso el modelo de
universo oscilante o pulsante
como solución de los enigmas del
big bang.

Veamos en qué consiste su receta. Se toma primero un modelo esférico o cerrado y se le permite expandirse después del
big bang.
Sabemos que ese modelo termina por cambiar de rumbo e implosiona. Según la teoría general de la relatividad, su estado final debe ser el
big crunch.
Pero también sabemos que, a medida que el universo avanza hacia su colapso, adquiere una velocidad de contracción que es un reflejo exacto de la velocidad de expansión que tuvo en la época de Planck. En rigor, el universo debe ingresar en un período similar, en el cual entran en juego efectos gravitatorios cuánticos desconocidos. La única diferencia es que, en esta historia, el universo se contrae en lugar de expandirse. Los cosmólogos se preguntan si esos efectos gravitatorios cuánticos no pueden transformar el colapso en un nuevo
big bang
, esto es, si no habrá una especie de "rebote" cósmico.

El universo oscilante ha recibido también el nombre de universo fénix, pues renacería de las cenizas del colapso mediante una nueva explosión, cumpliendo así un ciclo infinito. Zeldovich pudo probar que cada nuevo ciclo debía ser mayor (más largo) que el anterior
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(véase la figura 7). A partir de allí, intentó resolver los enigmas del
big bang
utilizando ese modelo.

No hay duda de que los misterios que encierra el
big bang
son deslumbrantes y riesgosos. Reclaman una física nueva, piden a gritos una cosmología distinta pero, sin embargo, no dan ningún indicio de una solución posible. Es muy fácil que, frente a ellos, la gente más inteligente parezca idiota. Recuerdo una de aquellas reuniones itinerantes sobre cosmología en la cual Neil Turok, uno de los principales adversarios de la teoría inflacionaria, mantuvo una acalorada discusión con alguien que sostenía que la inflación era la única solución conocida para el problema del horizonte y el de la planitud. Neil no se calla fácilmente, y retrucó de inmediato que eso no era cierto, que ahí mismo podía dar muchas explicaciones alternativas. Supongamos, dijo, que mientras el universo llegaba a ser "algo", empezaba a actuar algún principio que sólo garantizaba la existencia de un universo tan simétrico como fuera posible. Tal principio implicaría por fuerza un universo homogéneo y plano, ¿no es verdad? Pues bien, esa es una solución de los problemas de la homogeneidad y la planitud.

Hmmm... Siempre tuve la sensación de que el uso excesivo de la palabra "algo" permite que cualquiera resuelva todo tipo de problemas, incluso los insolubles. Pero aquí hay un error más evidente aún. Apenas Neil había terminado de hablar, Mark Hindmarsh, medio adormilado, desde unos asientos más allá, dijo súbitamente: "Bueno, en ese caso, ¿el universo no sería el espacio-tiempo de Minkowski?".

Hubo unos momentos de silencio mientras todos digeríamos ese nuevo comentario... y luego estallaron las carcajadas. Para cualquiera que domine las matemáticas elementales, lo que había dicho Hindmarsh era evidente: el espacio-tiempo de Minkowski, el espacio vacío carente de efectos gravitato-rios, era el modelo más simétrico con que contábamos. Está tan vacío que su aspecto es idéntico en toda dirección, espacial o temporal. Desgraciadamente, ese "algo" que había mencionado Neil entrañaba un resultado manifiestamente erróneo —que deberíamos vivir en un mundo sin gravedad— en lugar de resolver cualquier problema cosmológico.

Todos se rieron de esa equivocada tentativa de resolver el problema del horizonte y el de la planitud, pero más tarde pensé que al menos Neil había intentado responder. El sello distintivo de los buenos problemas es su frustrante sencillez, frustrante porque apenas uno piensa que podrá resolverlos y abre la boca para proponer una solución, dice tonterías por más inteligente que sea.

Sin embargo, Neil se había equivocado en otra cosa. Para ser justos, y a pesar de todo lo que se dijera en el momento, a mediados de la década de 1990 había una sola respuesta para todos los enigmas que planteaba el
big bang
: la teoría del universo inflacionario de Alan Guth.

A fines de la década de 1970, la cosmología era una especie de broma. Los físicos particulistas habían avanzado como nunca en la explicación de la estructura de la materia aislando partículas fundamentales y determinando los campos que intervenían en sus diversas interacciones. Se construían aceleradores cada vez más potentes, en cuyo interior los físicos podían generar tremendas colisiones que permitían comprobar sus teorías. Esas máquinas enormes absorbían gigantescas sumas del erario público, pero todos pensaban que era dinero bien gastado porque los resultados eran excelentes: las teorías eran coherentes (en su mayor parte) y los experimentos que se llevaban a cabo en los aceleradores las ratificaban con firmeza.

Sin embargo, cuando los físicos intentaban engarzar ese enorme corpus de conocimientos que era la física de partículas con la teoría del
big bang
, sólo obtenían resultados sin sentido. En principio, la combinación debía arrojar algo con sentido que era, incluso, una necesidad lógica, porque el abrasador universo primigenio debía actuar como un poderosísimo acelerador de alta energía. Por consiguiente, en esos primeros instantes del universo debían haberse generado nuevas partículas, tal como se generaban en las colisiones de gran energía de los aceleradores. No obstante, la realidad no era tan prolija.

Los cosmólogos estaban especialmente interesados en un tipo de partícula, el monopolo magnético, invisible aún para los aceleradores, pero previsible a partir de ideas fundamentales que se habían
verificado
en ellos. Según las teorías, el universo primigenio debió producir monopolos, pero ¿fue prolífico en ellos? Además, ¿habrán decaído los monopolos una vez generados? Si no fue así, ¿existirían reliquias, vestidos de monopolos diseminados a nuestro alrededor, listos, por así decirlo, para que los descubriéramos?

Estas preguntas descansan sobre un razonamiento lógico que tenía sus raíces en el descubrimiento de los rayos cósmicos, realizado en la década de 1930. Los rayos cósmicos están constituidos en su mayor parte por partículas producidas en nuestra galaxia que tienen una energía muy inferior a la de los monopolos magnéticos
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. Sin embargo, su energía superaba holgadamente el rango al que podían acceder los aceleradores existentes en el momento de su descubrimiento. Por ese entonces, Paul Dirac, que trabajaba en Cambridge, acababa de predecir la existencia de la antimateria, pero era imposible generarla en los aceleradores de la época. La antimateria fue detectada por primera vez en los rayos cósmicos, muchos años antes de que fuera posible generarla en la Tierra.

La lección era clara: a veces, no era necesario que los físicos particulistas recurrieran a aceleradores de alta energía para generar nuevas partículas; les bastaba con mirar el cielo, que les regalaba por pura cortesía una lluvia de partículas dotadas de gran energía. Quizá se pudiera usar la misma artimaña para observar energías más altas aún que las de los rayos cósmicos, utilizando las etapas iniciales del universo como un gigantesco acelerador capaz de producir partículas que todavía no se podían generar en la Tierra, como el monopolo magnético.

El interrogante fundamental, empero, se refería a la abundancia de esas reliquias del pasado. Comenzó ahí una verdadera pesadilla, porque apenas los físicos intentaron cuantificar el problema, los resultados no tuvieron ningún sentido. Según los cálculos, la abundancia de monopolos provenientes de esa etapa inicial y abrasadora del universo era tan grande que el universo entero debería estar constituido por monopolos magnéticos. Seguramente, había un error, ya sea en la física de partículas o en la cosmología del
big bang.

Dadas las circunstancias, los hombres de ciencia se sintieron algo perdidos. Se hallaban frente a dos teorías que habían cosechado grandes triunfos, cada una de las cuales funcionaba muy bien dentro de su respectivo dominio. Según la lógica, tenían que superponerse en algún lugar, pero siempre que las combinaban, los resultados eran absurdos. Tal vez no deba sorprendernos que, en el clima que se vivía en la década de 1970, se echara toda la culpa del cataclismo a la cosmología. Se decía en aquel entonces que la "cosmología no era compatible con la física de partículas", lo cual tácitamente implicaba que nadie debía tomarla en serio.

Parecía que dos dioses distintos y enemigos hubieran creado el universo.

A fines de esa misma década, el joven Alan Guth trabajaba en el ortodoxo campo de las partículas y no debería haber perdido tiempo en la cosmología. Pero las cosas no andaban del todo bien en la carrera de Guth; había escrito varias memorias científicas pero casi nadie conocía su trabajo. Hoy en día, el propio Alan reconoce que sus primeros artículos carecen casi totalmente de importancia.

Por consiguiente, se acercaba para él ese momento de la carrera en que un físico pasa a formar parte del plantel permanente de la academia (en la jerga, obtiene un "cargo titular") o lo despiden sin más trámite. Esta impiadosa situación suele plantearse con mayor frecuencia cuando el profesional apenas supera los 30 años y no es muy conocido fuera del ámbito de la física. No obstante, los hechos suceden más o menos así: una hermosa mañana, el mercado de trabajo temporario cierra sus puertas para el físico que ya no es tan joven, y si éste no ha conseguido un cargo titular para ese entonces, lo más probable es que se vea obligado a trabajar en el mundo de las finanzas sintiéndose frustrado por el resto de su vida.

Puesto que las publicaciones de Alan hasta entonces no habían tenido demasiado eco, no podía esperar nada bueno, al punto que uno puede percibir cierto tono de desesperación en sus relatos posteriores sobre esa época sombría. Sin embargo, la gente suele hacer cosas imprudentes cuando se la arrincona. Alan tomó una decisión radical que habría de terminar en el descubrimiento de la inflación: se dedicó a la "cosmología de partículas", nombre que recibió después ese campo recién inaugurado. En ese momento, él no sabía nada de cosmología y decidió cambiar de rumbo eligiendo una especialidad que los físicos evitaban como si fuera la peste. Para empeorar las cosas, se puso a trabajar de inmediato en el problema del monopolo magnético.