Miércoles 6 de enero de 2016
La materia no siempre existió en el universo, pero se estima que debió haberse creado en épocas muy tempranas. Esto es algo que genera asombro, por ello las preguntas que surgen naturalmente son ¿a partir de qué se creó? y ¿cómo fue ese proceso? No estamos hablando de nada filosófico ni religioso, sino simplemente de física pura.
En la universidad (Católica) suelo sorprender a mis alumnos de primer año con la siguiente aseveración: "El universo nace de la nada; no habría nada que hacer para generar un universo como el nuestro". Todos se quedan prácticamente boquiabiertos, sin entender, en primera instancia, que esto es parte de las respuestas a las preguntas anteriores.
Para tratar de entender esto debemos centrarnos en uno de los descubrimientos más sorprendentes de la cosmología moderna: la aceleración de la expansión del universo. La proyección de este resultado es que la expansión es para siempre y con una velocidad uniforme. Pero para que esto ocurra, es necesario una densidad crítica. Esta es la densidad que tiene que tener el universo para que la expansión efectivamente sea uniforme y con velocidad constante y que actualmente es más o menos 14 átomos de hidrógenos por metro cúbico.
Por ello debemos considerar la siguiente relación: si la densidad de energía en el universo es justo la necesaria para que éste se expanda a una velocidad constante, entonces la energía asociada a ese movimiento es igual a la energía asociada a las distancias entre las partículas. Dicho de otra forma, la energía cinética es igual a la energía potencial. Ahora bien, como la energía de un sistema material es la suma de estas dos energías, entonces la energía total debe ser exactamente cero. En otras palabras, "el universo nace de la nada y no hay que hacer para crear un universo". ¡Sorprendente!, ¿no?
Este resultado no sólo es una de las soluciones de las ecuaciones de Einstein (que, a propósito, cumplieron cien años en 2015), sino que también hoy es la preferida por astrofísicos teóricos y observacionales. Esto porque toda la evidencia observacional y teórica apunta en esa dirección.
Ahora si vamos al detalle, hay tres soluciones posibles a las ecuaciones de Einstein. La primera opción dice que si la densidad del universo es mayor que la densidad crítica, todo colapsaría (eventualmente) en un agujero negro, y desapareceríamos desintegrados en partículas elementales. En tanto que la segunda plantea que si la densidad es menor que la densidad crítica, todo se alejaría de todo y dejaríamos de ver estrellas y galaxias en el cielo, es decir, sería la oscuridad misma. Mientras que la tercera –la preferida actualmente– dice que el universo tiene una densidad crítica y energía total cero. ¿No les parece increíble que la energía total del universo sea cero y que nosotros estemos aquí?
Gran parte de la actividad astrofísica de los últimos 20 años se ha centrado en probar todas las anteriores. Se han diseñado todo tipo de experimentos y observaciones, se han construido telescopios gigantes e instrumentos extremadamente sofisticados para medir la densidad del universo. Incluso se han usado métodos muy ingeniosos; unos usan la cinemática o movimiento de las galaxias, otros las características de la radiación de fondo o el remanente del Big Bang, otros la estructura de gran escala, etc. Todos estos resultados concuerdan en que la densidad del universo es la densidad crítica, lo que significa que la energía total del universo es cero. ¡Algo que no es trivial de aceptar!
