* REPORTAJE COSMOLÓGICO

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Por Glenys Álvarez

¿TUVO EL UNIVERSO UN INICIO?

La Gran Explosión es la explicación actual por excelencia sobre el origen de todo lo que conocemos hoy. Es una elegante teoría de firmes eviden-

cias que demuestran sus aserciones; sin embargo, algunos científicos han encontrado agujeros y fallas que han puesto a la explosión bajo una lupa

crítica. Otros brillantes investigadores como Stephen Hawking, sin embargo, nos explican por qué el Big Bang es la respuesta correcta

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ÓRecapitulando - Indudablemente, la expli-cación del origen del Cos-mos en la actualidad la tiene la teoría de la Gran Explo-sión.

- Brillantes investigadores han conseguido capturar evidencias firmes que de-muestran las propuestas de esta teoría; uno de ellos es Stephen Hawking.

- Sin embargo, ¿es la Gran Explosión la última o única explicación razonable? Para muchos no lo es. De hecho, algunos piensan que el Big Bang se deriva de mitolo-gías creacionistas sosteni-das por la fe y no la ciencia.

- Más aún, investigadores se han quejado que la teoría se sostiene como un obstáculo que impide la investigación respecto a otras explicacio-nes cosmológicas que po-drían tener más sentido.

- De todas formas, la ma-yoría de los científicos hoy asegura que el universo co-menzó con un bang.

la ciencia crece dudando, preguntándose todo el tiempo si el camino tomado es el correcto; por el momento, la Gran Explo-sión es hoy la explicación por excelencia.

¿Es el Big Bang un problema?“En una de sus diversas variaciones, la teo-ría cosmológica de la Gran Explosión es casi universalmente aceptada como la teo-ría más razonable para explicar el origen y la evolución del universo. De hecho, es tan bien aceptada que virtualmente cada artículo de prensa, historia o programa que toca temas sobre astronomía o cos-mología respecto al Big Bang lo presenta como un hecho probado. Como resultado de ello, la gran mayoría de la población li-teraria del mundo, incluyendo la mayoría de los científicos, acepta la teoría de la Gran Explosión como un hecho científico”, escribe William C. Mitchell, físico y autor del libro “La teoría de la Gran Explosión bajo fuego”.Como decía una amiga el otro día: “soy hija de la Gran Explosión”. Efectivamente, nos han explicado que vi-vimos en un universo en expansión y que cada galaxia está cada vez más lejos de las demás. Nos dicen que todo este enredo comenzó en una ‘singularidad’ hace unos 13,700 millones de años. La singularidad es el nombre para el punto desconocido, donde ni el tiempo ni el espacio existen, donde las matemáticas no han podido lle-gar ni resolver su contenido pues ¡no hay contenido!, no como el que conocemos, por lo menos. Los núcleos de los agujeros negros tam-bién nos regalan singularidades. Al principio, el Cosmos no era como lo ve-mos hoy, la materia visible ha ido evolu-cionando. En el pasado, todo estaba más cerca y muchas cosas carecían de las es-tructuras que han adquirido con el tiempo, es decir, de sus formas, como los brazos de las galaxias elípticas como la Vía Lác-tea. De hecho, la evolución del Universo ha sido confirmada en distintos experimentos de observación, pero quedan, por supues-to, muchos inexplicables agujeros que para unos ponen en duda si ocurrió alguna vez el famoso Big Bang; hasta galaxias con estructuras complejas han sido observadas durante la juventud cósmica.El debate, en los comienzos de la explosiva teoría, ocurría entre el universo estaciona-rio y un cosmos que resultó de una explo-sión y no ha dejado de correr. Un mundo eterno e infinito, otro con principio y fin. Ya existían distintas propuestas científicas.

Si el universo tuvo un principio, ¿por qué es-peró un tiempo infinito

antes de empezar? Por otro lado, si

había existido por siempre, ¿por qué

tomó un tiempo infini-to para llegar a la eta-

pa actual?

Érase una vez un universo sin comienzo ni final. Aris-tóteles, el famoso pen-sador griego, creía que había existido siempre y existiría por una eternidad;

para estos filósofos, algo eterno era mu-cho más perfecto que algo ‘creado’. Por mucho tiempo, los pensadores de distintas épocas invocaban escenarios di-símiles para apaciguar sus dudas respecto a la creación a través de intervención di-vina. La idea de un génesis para el mun-do permite la posibilidad de una fuerza primaria, algo que le diera inicio a todo. Con el pensamiento reinante en las cul-turas de nuestra historia, el Universo se iba formando con relatos más imaginados que observados hasta que, las evidencias, tomaron las riendas del asunto. Sus jine-tes, por supuesto, continuaban siendo las

teorías y las ideas, que impulsaban la bús-queda inquieta de respuestas.Sin embargo, ¿tenemos hoy evidencias concluyentes de que todo comenzó con un bang?El autor, físico y cosmólogo británico Ste-phen Hawking es el gran abogado de la explosión. El brillante investigador ha estudiado y escrito sobre esas complejas normas que rigen los fenómenos más asombrosos, como los enigmáticos agu-jeros negros. Hawking nos explica que el problema de que si el universo tuvo un principio o no era realmente una gran preocupación para el filósofo alemán, Immanuel Kant, quien sentía que había contradicciones lógicas o “antinomias”, en ambos sentidos. “Si el universo tuvo un principio, ¿por qué esperó un tiempo infinito antes de empezar? Por otro lado, si el univer-

so había existido por siempre, ¿por qué tomó un tiempo infinito para llegar a la etapa actual? Tanto la tesis como la an-títesis dependían de la asunción de Kant, junto con casi todos los demás, de que el tiempo era absoluto. Es decir, se pasó de un pasado infinito a un futuro infinito, independientemente de cualquier univer-so que podría o no existir en este fondo. Esta sigue siendo la imagen en la mente de muchos científicos hoy en día”, escribe Hawking.Efectivamente, ecos de Fred Hoyle y la teoría del Universo Estacionario surgen de los lugares más inesperados. Ya el debate no es puramente religioso aunque, para algunos, la idea de una Gran Explosión tiene su origen en las mitologías sobre la creación que han existido en las distin-tas creencias que han sazonado el pasa-do humano. Pero, como sabemos bien,

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EL GRAN ABOGADO DE LA EXPLOSIÓN NOS PLANTEA LAS EVIDENCIAS Y MÁS PREGUNTAS SIN RESPUESTAS

De hecho, el origen de la explosión des-cansa en las fórmulas del físico belga, as-trónomo y cura, Georges Lemaître, quien fue el primero en proponer la hipótesis del átomo primordial y el universo en expan-sión, ideas que luego Edwin Hubble per-feccionó con sus observaciones de objetos en el espacio profundo y su característico efecto doppler: las galaxias se alejan de la Tierra y todos los cuerpos interestelares se alejan unos de los otros. En efecto, el volumen del espacio-tiempo del universo observable se está expandiendo y la ley de Hubble es la observación física directa de este proceso. El Universo en expansión es una de las grandes evidencias a favor de la Gran Explosión. El fondo cósmico es otra.

Residuos del ‘Bang’CMB son las siglas en inglés para el fon-do de microondas cósmicas, que es la ra-diación que existe en todo el universo. Se cree que se trata de un residuo de cuando el universo tenía sólo 300,000 años. De hecho, en 1990, los científicos descubrie-ron que la temperatura de CMB tiene ani-sotropías, lo que significa que fluctúa en un nivel de aproximadamente 1 en cada 100,000. Estas fluctuaciones constituyen una de las piezas más fuertes de evidencia de la teo-ría del Big Bang, ya que se piensa que las pequeñas fluctuaciones se han convertido en las estructuras a gran escala que vemos hoy. Es importante destacar que estas fluc-tuaciones se consideran aleatorias debido al período de inflación, que se especula se produjo en la primera fracción de segundo después de la Gran Explosión, lo que hizo que la radiación sea casi uniforme.La inflación es otra de las pruebas a favor del estallido primario. El físico Alan Guth es uno de los primeros en proponer esta teoría que hoy también tiene sus refrac-tarios. “La inflación se basa en un ingrediente especial conocido como la energía infla-cionaria que, combinada con la gravedad, puede llevar al universo a expandirse a una cantidad asombrosa en un breve instante. Los astrónomos observan que el universo se está expandiendo y que lo ha estado haciendo durante 13,700 millones años. Pero, ¿que sucedió en esos primeros mo-mentos antes del segundo? La idea prin-cipal es la inflación cósmica. Se supone que el universo embrión bruscamente cre-ció en tamaño. Una racha de crecimiento subsana las curvas y las deformaciones en el espacio, lo que explica la geometría

del universo actual. Además, dejó peque-ñas áreas carentes de uniformidad que se convirtieron en las semillas para hacer galaxias”, explicó para Scientific American Paul J. Steinhardt, físico de la Universidad de Princeton.

La explosión como obstáculoA Eric Lerner no lo convencen las eviden-cias actuales. De hecho, piensa que el pen-samiento de hoy sobre la Gran Explosión es dogmático y está influyendo en cómo se distribuye el presupuesto entre los ex-perimentos e investigaciones. “Si tus estudios no están basados en el Big Bang, entonces te ponen obstáculos para tu trabajo. De hecho, hemos visto resultados que confirman las teorías del plasma cosmológico que nos devuelve un universo sin principio y sin final. Hemos visto galaxias en el universo joven con la estructura de galaxias mucho más viejas. No existe explicación para ello, sin embar-go, si tomamos en cuenta otra teoría más allá del Big Bang, sí sería posible explicar lo que ocurre”, asegura Lerner.Ciertamente, las cosas cambian. Las teo-rías maduran con la evolución del cono-cimiento y el desarrollo de la tecnología. Firmes evidencias mantienen hoy la teoría de la Gran Explosión como la explicación primera sobre el origen de todo; el futuro dirá si nuevos descubrimientos abrirán un nuevo camino en el pasado o nos ofrece-rán interesantes ramificaciones sobre el inicio del mundo en un bang.

En los tiempos en que Stephen Hawking era tan sólo un jovencito, la brillantez in-discutible del equipo que defendía el uni-verso en estado estacionario en Cambrid-ge, y, además, la conocida arrogancia de Hoyle, hicieron que el estado estacionario consiguiera un significativo ascenso. En la actualidad, la idea de un universo esta-cionado no es popular y toma su lugar el modelo del “plasma cosmológico”. Hawking nos dice que para comprender el origen del Universo necesitamos com-binar la Teoría General de la Relatividad con la teoría cuántica. En una de sus char-las sobre los avances en la investigación sobre el origen del Universo, explica: “Hemos hecho enormes progresos en cosmología en los últimos cien años. La Teoría General de la Relatividad y el des-

cubrimiento de la expansión del universo hizo añicos el viejo cuadro de un universo siempre existente y duradero. En cambio, la relatividad general predice que el uni-verso, y el tiempo mismo, se iniciaría en el Big Bang. También predijo que el tiempo llegaría a su fin en los agujeros negros. El descubrimiento de la radiación cósmica de fondo y las observaciones de los agu-jeros negros apoyan estas conclusiones. Se trata, verdaderamente, de un cambio profundo en nuestra imagen del universo y de la realidad misma. La relatividad general en sí misma no pue-de responder a la pregunta central en la cosmología: ¿por qué el universo es como es? Sin embargo, si la relatividad general se combina con la teoría cuántica, podría ser posible predecir cómo comenzó.

Pero a pesar de haber tenido grandes éxi-tos, no todo está resuelto. Aún no tene-mos una buena comprensión teórica de las observaciones de que la expansión del universo se está acelerando de nuevo, después de un largo período de desace-leración. Sin esa comprensión, no podemos estar seguros del futuro del universo. ¿Seguirá expandiéndose para siempre? ¿Es la infla-ción una ley de la naturaleza? ¿O el uni-verso eventualmente colapsará de nuevo? Nuevos resultados de observaciones y avances teóricos están llegando rápida-mente. La cosmología es un tema muy emocionante y activo. Nos estamos acer-cando a responder las preguntas más an-tiguas. ¿Por qué estamos aquí? ¿De dónde venimos?”

Stephen Hawking, aquí en ZeroG, escribe a favor de la teoría.

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Por alguna razón aún desconocida, el uni-verso comenzó a expandirse y la expansión automáticamente dio lugar a una disminu-ción de la temperatura. Por lo tanto, la con-dición del universo empezó a cambiar de inmediato y poco a poco las partículas que conocemos hoy comenzaron a tomar forma. Esta descripción de lo que se piensa sucedió en estos primeros momentos comienza en tiempo Planck.

- A 10-43 segundos después del Big Bang, aún en fase de alta energía, partículas como los quarks, electrones, antielectrones y algunos otros comenzaron a formarse. Su comportamiento es todavía desconocido pero teorías como la de la Gran Unificación intentan describir la actividad de partículas a tan alta energía.

- A 10-34 segundos después del Big Bang, los quarks y antiquarks se forman a un rit-mo elevado como resultado de las colisio-nes de partículas en estas altas energías. Estos pares de partículas/antipartículas se producen mientras otros son aniquilados. Sin embargo, era mayor la producción que la aniquilación. En este punto, el universo es del tamaño de una naranja.

- En el momento en que 10-10 segundos han transcurrido, los antiquarks, como re-sultado de colisiones con quarks, han sido completamente aniquilados y han desapa-recido. Estos resultados también fueron ob-tenidos de las colisiones en la formación de los fotones. En este diminuto instante des-pués de la Gran Explosión, los protones y los neutrones ya se han formado.

Por último, un segundo completo después del momento inicial de expansión, a una temperatura de aproximadamente diez mil millones de grados, el universo comenzó a tomar una forma reconocible. Los protones y los neutrones comenzaron a unirse entre sí para formar los núcleos de los elementos que conocemos hoy como hidrógeno, helio, litio y deuterio (hidrógeno pesado).Luego de tan sólo tres minutos, con una caí-da en la temperatura de mil millones de gra-dos, la materia ya ha formado pareja con la radiación. Esta radiación es aún detec-table en la actualidad. Y si damos un salto de 300,000 años, el universo en expansión todavía no se parece al universo actual. La materia y la radiación comienzan a sepa-rarse mientras los electrones se unen a los núcleos. Existe ahora la radiación de fondo.

DESDE EL PUNTO DE PARTIDA

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Lemaître atacó el problema de la cosmología des-de un punto de vista físico a fondo y se dio cuenta de que su solución predijo la expansión del univer-so real de las galaxias que las observaciones sólo entonces comenzaban a sugerir. En 1930, los cos-mólogos, incluyendo Eddington, Willem de Sitter y Einstein, llegaron a la conclusión de que los mode-los estáticos del universo que habían funcionado durante muchos años ya no eran satisfactorios para explicar el origen del universo.

Era considerado por muchos como un hombre arro-gante, por otros un pensador sumamente brillante, algunos pensaban que era ambas cosas. De todas formas, Hoyle fue siempre un astrónomo controver-tido. Junto a Hermann Bondi y Thomas Gold publi-có en 1948 un artículo sobre el origen del universo. Aunque Hoyle fue más conocido por la teoría cos-mológica, no hay duda de que su contribución más duradera y significativa a la ciencia se refiere al ori-gen de los elementos o nucleogénesis.

El Telescopio Espacial Hubble fue nombrado en ho-nor al astrónomo Edwin Powell Hubble, quien reali-zó algunos de los descubrimientos más importantes de la astronomía moderna. En la década de 1920, mientras trabajaba en el monte Sitges con la tecno-logía más avanzada de la época, el astrónomo mos-tró que algunas de las numerosas nubes distantes y de luz tenue que se observan en el universo eran en realidad galaxias, todas muy similares a nuestra Vía Láctea.

La teoría de la inflación sugiere un súper tempra-no universo en expansión en la pequeña parte de un segundo de tiempo, la explosión impulsada por la repulsión gravitatoria, la repulsión de materia y antimateria, que extendía el universo a su tamaño actual y lo hacía inimaginablemente más rápido que la cosmología convencional había predicho . Según los cálculos de Guth y otros, esto ocurrió en una fracción de un segundo único definido, aproximada-mente, por un decimal seguido de 36 ceros y un uno.

En 1927, Lemaître publica en Bélgica un estudio que pasó prácticamente

desapercibido donde proporcionaba una solución completa a las ecuaciones de la relatividad general en el caso de un

universo en expansión. Su solución, de hecho, ya había sido propuesta sin su conocimiento por el ruso Alexander

Friedmann en 1922. Pero el interés de Friedmann eran las matemáticas.

GEORGES LEMAITRE UNIVERSO EN EXPANSIÓN

En la década de 1940, Hoyle y otros desarrollaron un modelo matemático

alternativo del Universo que no se inició en una expansión masiva descrito por el Big Bang. Para ellos la materia era conti-nuamente creada. A pesar de esta idea, la teoría del Estado Estacionario, está muy desacreditada hoy, aunque empujó a los partidarios del Big Bang para respaldar

su teoría con pruebas.

FRED HOYLE ESTADO ESTACIONARIO

Tal vez su mayor descubrimiento se produjo en 1929, cuando determinó que mientras más lejos está una galaxia de la Tierra, más rápido parece alejarse. Esta noción de una “expansión” del univer-so forma la base de la teoría de la Gran Explosión, que afirma que el universo comenzó con una intensa explosión de

energía en un momento único en el tiem-po; y se ha ido expandiendo.

EDWIN HUBBLE MÁS LEJOS, MÁS RÁPIDO

El cosmólogo y físico de partículas Alan Guth propuso en 1981 un nuevo modelo cosmológico llamado teoría de la infla-ción. Una alteración de la teoría del Big Bang convencional que ofrece una ex-plosión más grande y rápida. “La teoría clásica del Big Bang”, Guth explica, “no dice nada acerca del bang, lo que suce-

dió antes o cuál fue la causa de la explosión”.

ALAN GUTH UNA CUESTIÓN DE INFLACIÓN

ENTRE UN MUNDO ESTACIONARIO Y OTRO EN MOVIMIENTO

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EDAD DEL COSMOS EN EL TIEMPOAsí como las ideologías y filosofías humanas han ido cambiando con el tiempo, también la descripción del Universo ha permutado, avanzando de acuerdo a las observaciones y las evidencias halladas. De esta forma, tanto la edad como el tamaño del Universo también han sentido estas transformaciones.

1919

1929

1955

1965

1993

2006

Edad: InfinitaTamaño: 300,000 años luzA principios del siglo XX, los astrónomos pensaban que el universo era infinita-mente viejo e inmutable.

Edad: 2 mil millones de añosTamaño: 280 millones de años luzEn 1924, Edwin Hubble determinó la distancia a la nebulosa de Andrómeda en 900,000 años luz.

Edad: 6 mil millones de añosTamaño: 4 mil millones de años luzEn 1952, Walter Baade determinó que el valor de la constante Hubble era mucho menor de lo que Hubble había estimado.

Edad: 10-25 mil millones de añosTamaño: 25 mil millones de años luzLos objetos más lejanos eran los quásares. El quásar más distante tenía 12 mil millones de años luz de distancia.

Edad: 12-20 mil millones de añosTamaño: 30 mil millones de años luzLos quásares seguían definiendo el tamaño del universo en 1990. Dando distancias de 15 mil millones de años luz.

Edad: 13.7 mil millones de añosTamaño: 94 mil millones de años luzLos objetos más distantes tienen 47 mil millones de años luz, esto se debe a que el Universo se ha estado expandiendo.