Por Leopoldo Infante

Doctor de la Universidad de Victoria (Canadá) y fue profesor visitante de las universidades de Princeton y Johns Hopkins (ambas en EE.UU.). Profesor titular del Instituto de Astrofísica de la Pontificia Universidad Católica de Chile, director del Centro de Astro-Ingeniería UC e investigador del Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA), donde lidera el grupo de Astrofísica Extragaláctica".

Qué es lo más chico, qué lo más grande; son preguntas difíciles. Hubiese querido responder a lo primero, la singularidad inicial que creó el universo, el Big Bang, pero reflexiono y ¿no será mejor elegir objetos que tengan masa o, técnicamente dicho, "energía en reposo"? Ambos, tanto la singularidad inicial –es decir la semilla del Big Bang– como nuestro universo son conceptos que sirven para entender lo que podemos observar, pero con salvedades.

Las respuestas no son fáciles. Una de las razones de ello es que nuestra física no funciona en la época de la singularidad inicial, es decir no puede "explicar" lo que ahí sucedió. Por otro lado, el universo podría ser uno de muchos, ¿por qué no?, aunque hoy en nuestra concepción de la física que no lo permite. ¿Es posible que se dé únicamente en nuestro universo la correcta combinación de constantes físicas con valores apropiados para permitir que estemos aquí? Por ello es difícil decir qué es lo más pequeño. No conocemos los límites de "esa" física.

Históricamente, a medida que el ser humano fue capaz de mirar/medir/inferir con más detalle, se fue acercando a lo más pequeño: los "quarks". Experimentalmente se ha demostrado que estas partículas (elementales) increíblemente chicas, son casi puntos con masa en el espacio-tiempo. Aun así, el problema es que no tenemos una teoría verificada que dé cuenta de ellos. De esta forma, si estas partículas son puntuales no nos podríamos acercar mucho porque la fuerza –gravitacional o electromagnética– se haría infinita. Se necesita una teoría, como la teoría de cuerdas o la de un espacio cuantizado (uno no continuo pero pixelado, donde el pixel es la unidad mínima), para resolver el problema.

Otra posibilidad para responder qué es lo más pequeño son los agujeros negros. Estos objetos también son puntuales, o sea no ocupan espacio, y se forman cuando materia colapsa sin resistencia. No hay o no se conoce fuerza que sea capaz de retener el colapso.

Al mismo tiempo, también debemos poner atención a las escalas de las que hablamos. La longitud de Planck es la más pequeña que nuestra física permite, 1.6 x 10^-35 metros. Los quarks son de este tamaño, donde los posibles efectos de una gravedad cuántica sí tienen sentido, al igual que en los agujeros negros en teoría. No tenemos respuesta certera.

Ahora saltemos a lo más grande con una definición precisa. Definimos un objeto como una unidad físicamente reconocible, la que está ligada por alguna de las cuatro fuerzas de la naturaleza. Bajo esta definición lo más grande que podemos encontrar son los llamados "cúmulos de galaxias".

Los "quarks": Experimentalmente se ha demostrado que estas partículas (elementales) increíblemente chicas, son casi puntos con masa en el espacio-tiempo

Cuando el universo tenía unos 10^-35 segundos de edad, sólo habían pequeñas fluctuaciones de energía en el espacio-tiempo. El enfriamiento o expansión de éste –que estaba a altísimas energías– generó en esa época objetos con masa, los que posteriormente fueron agrupándose y formando estructuras cada vez más grandes y masivas. Como resultado hoy tenemos a los supercúmulos y cúmulos de galaxias.

Pero hay un detalle. A diferencia de los supercúmulos, sus hermanos menores sí son estructuras gravitacionalmente ligadas y estables en el tiempo. Las más grandes agrupan miles de galaxias, contienen mucho gas caliente, tienen masas del orden de 10¹⁵ masas solares y sus tamaños pueden llegar a los 10²³ metros, es decir 35+23 = 58 órdenes de magnitud mayor que un quark.

Sólo el tiempo nos dirá si estamos en lo cierto. La investigación continúa y, junto a ella, las sorpresas también siguen apareciendo. ¿Podemos poner las manos al fuego por defender que los quark y los cúmulos de galaxias son efectivamente los extremos, en tamaño, de las estructuras en el universo? Claramente, aún no.