Ecanop

Adrià Arandiga me ha mandado una noticia del periódico ABC con el titular “Investigadores dicen que el universo no tiene principio ni fin“, seguido del subtítulo “Un nuevo estudio pone en cuestión el Big Bang y sugiere que el cosmos existió siempre” y me ha preguntado si la noticia es de fiar.

Desde luego, el titular suena muy llamativo pero, en realidad, eso no es lo que dicen los autores en el artículo científico original, que tampoco ponen en cuestión que el Big Bang ocurriera. Y lo de que el cosmos ha existido siempre… Bueno, también hay que cogerlo con pinzas.

Voy a intentar explicar a qué conclusión han llegado de verdad estos investigadores pero, antes de empezar, quiero aclarar una cosa.

Parece que la idea general que evoca la teoría del Big Bang (probablemente por el hecho de que contiene la palabra Bang) es un escenario en el que toda la materia del universo estaba contenida en un volumen muy pequeño al principio de los tiempos y que una explosión lanzó por los aires toda esa materia, que luego se agrupó para formar los planetas, estrellas y galaxias. Pero esa es una idea equivocada.

La teoría del Big Bang plantea que hubo un momento en el que el universo era infinitamente pequeño, denso y caliente y que por algún motivo se empezó a expandir, pero no explotando, sino hinchándose. Esta expansión creó el tiempo y el espacio y la energía liberada se fue condensando en materia a medida que el universo crecía y se enfriaba. Explicaba el proceso con más detalle en esta entrada sobre el origen de la materia.

Dicho esto, la teoría el Big Bang es una de las teorías más sólidas con las que contamos y existen pruebas muy robustas que la respaldan, así que sería muy difícil prácticamente imposible que de pronto saliera un artículo solitario que la desvirtuara y propusiera un modelo que se ajuste mejor a la realidad.

Pero, bueno, volviendo a la noticia, si queremos entender la conclusión real a la que han llegado estos investigadores, nos tendremos que poner primero en contexto.

Vale, pues primero explícame esto, Sofá de Ciencia, ¿De dónde salió la idea del Big Bang? Obviamente nadie estaba presente al principio de los tiempos para ver el universo nacer.

Déjame empezar explicando algo aparentemente inconexo, voz cursiva.

¿Alguna vez os ha adelantado una ambulancia a toda velocidad? Vale, no tiene por qué ser una ambulancia, puede ser cualquier otro vehículo escandaloso. ¿No? Bueno, por suerte Youtube es un sustituto cada vez mejor de la vida real.

Notaréis que la bocina del coche suena más aguda cuando está acercándose hacia la cámara y más grave cuando pasa de largo. Este fenómeno se llama el efecto Doppler y está relacionado con la longitud de las ondas que componen el sonido.

Cuando un coche pulsa la bocina, a su alrededor el aire se ve inundado por los frentes de alta y baja presión que conforman las ondas de sonido. Estas diferencias de presión llegan hasta nuestro oído, hacen vibrar nuestros tímpanos y estas vibraciones son interpretadas por nuestros cerebros como un ruido en concreto. Cuanto más cortos sean los intervalos entre los frentes de alta y baja presión, más agudo nos parecerá el sonido. En el caso contrario, escucharemos un ruido más grave. Hablaba más a fondo sobre esto en esta otra entrada sobre armas resonantes.

Ahora imaginemos que un coche mantiene la bocina pulsada y empieza a desplazarse hacia adelante. Las ondas que tiene frente a él se acumulan unas encima de otras y su longitud de onda se ve reducida, mientras que las ondas que van quedando detrás se estiran y su longitud de onda aumenta.

Por tanto, cuando el coche viene hacia nosotros llegan hasta nuestros oídos estas ondas comprimidas que el cerebro interpreta como un sonido agudo. Cuando el vehículo pasa de largo, las ondas que hacen vibrar nuestros tímpanos están estiradas y suenan más graves.

¿Y qué tiene esto que ver con el Big Bang? ¡Yo he venido aquí a leer sobre astronomía, no sobre automoción!

El efecto Doppler no es un fenómeno exclusivo del sonido, sino que ocurre con cualquier otro tipo de onda como, por ejemplo, la luz. Como había explicado también en esta otra entrada, nuestros ojos interpretan las longitudes de onda largas como colores más rojizos y las más cortas como tonos más azulados.

Igual que ocurre cuando un coche que pasa por delante de nosotros haciendo ruido, si observamos desde dos posiciones distintas un objeto brillante que esté en movimiento, lo percibiremos de un color diferente dependiendo de si vemos las ondas de luz comprimidas o estiradas.

Este fenómeno es muy útil para estudiar el movimiento de estrellas y galaxias porque observando qué colores componen la luz de un cuerpo celeste (una técnica llamada espectroscopia) y cómo van cambiando con el tiempo podemos saber si éste se acerca hacia nosotros o se aleja y medir a qué velocidad lo hace.

(Fuente)

Utilizando esta técnica, a principios del siglo XX los astrónomos se dedicaron a descomponer la luz proveniente de otras galaxias y se dieron cuenta de que. miraran en la dirección que miraran, la luz de casi todas ellas estaba siendo gradualmente desplazada hacia el color rojo.

Esto sólo podía significar que el resto de galaxias se están alejando de la nuestra [añadido a raíz de uno de los comentarios comentario: no sólo se están alejando de la nuestra, sino también se separan todas entre sí], lo que concuerda con las conclusiones del matemático Alexander Friedmann que, en 1922, después de estar trasteando con las ecuaciones de Einstein, descubrió que la teoría de la relatividad no permite la existencia de un universo estático.

(Fuente)

Finalmente, en 1931, Georges Lamaître ofreció la primera explicación a estas observaciones: si actualmente las galaxias se están alejando entre sí, entonces tuvieron que estar más cerca en el pasado. Inevitablemente, esto significa que alguna vez toda la materia había estado comprimida en un mismo punto y que, en algún momento, algo provocó que empezara a expandirse.

(Fuente)

Esta es la versión simplificada del Big Bang. Con el tiempo se han calculado las condiciones en las que, partiendo de esta premisa, se encontraba el universo durante distintas fases de su desarrollo, cuando la materia estaba más apiñada, y los datos que se han obtenido dan respuesta a muchos interrogantes. Aquí tres de ellos:

1) Como ya hemos visto, explica por qué las galaxias se alejan entre sí.

2) Explica el origen de la radiación de fondo de microondas.

Durante el siglo XX los astrónomos se dieron cuenta de que el universo está inundado por una débil señal electromagnética muy uniforme que no tiene su origen en planetas, estrellas o galaxias.

La radiación electromagnética transporta energía y, por tanto, esta radiación de fondo es la responsable de que cualquier punto del espacio se mantenga a una temperatura de 2,7ºK o, lo que es lo mismo, -270.45ºC.

Mapa de la radiación de fondo de microondas a nuestro alrededor o, lo que es lo mismo, la temperatura de cada punto del universo que nos rodea.

Como postula el Big Bang, el universo empezó siendo un lugar extremadamente caliente. Igual que una cantidad pequeña de pintura da un tono más claro si se reparte por una mayor superficie, la temperatura actual de cada punto del universo es tan baja porque la energía liberada durante el Big Bang se ha repartido por un volumen cada vez mayor de espacio a medida que el universo se ha expandido durante los 13.800 millones de años que han transcurrido desde el inicio de la inflación.

3) La teoría del Big Bang también explica por qué la proporción de los distintos elementos químicos que componen el universo es la que observamos. La teoría predice la formación de inmensas cantidades de hidrógeno y helio cuando la temperatura del universo bajó lo suficiente y que estos gases pudieron agruparse en las nubes donde la gravedad propició la aparición de las primeras estrellas, que en sus núcleos sintetizaron los elementos más pesados y… Bueno, podéis leer la entrada que comentaba al principio sobre el origen de la materia para haceros una mejor idea.

Pero aquí hay algo que no me cuadra. Si todo el universo estuvo alguna vez comprimido en un mismo punto, ¿qué hizo que ese punto empezara a expandirse? ¿Y qué era ese punto?

Esta es precisamente una de las limitaciones actuales del modelo del Big Bang.

La física actual puede decirnos cómo ha evolucionado el universo desde el instante en el que empieza su expansión hasta ahora, pero falla de manera catastrófica al intentar explicar qué había antes de esa expansión.

Hablando en términos físicos, antes del Big Bang el universo estaba contenido en una singularidad: un punto infinitamente pequeño, infinitamente caliente e infinitamente denso en el que las leyes de la física que nos sirven para modelar el resto de la realidad no tienen validez.

A efectos prácticos, ni siquiera el espacio y el tiempo habrían existido antes del Big Bang, de manera que tampoco tendría sentido preguntar qué había antes o en qué sitio estaba metida esa singularidad. Así de contraintuitivo es este tema.

¿Entonces qué dice esta teoría nueva? ¿Cómo puede explicar la expansión del universo, si éste siempre habría existido?

El problema es que, como comentaba, en su artículo original, los autores de esta teoría no han sugerido en ningún momento que el universo tal y como lo conocemos sea eterno en ambas direcciones del tiempo. El cuerpo de la noticia que he mencionado al principio tampoco hace mucho por aclararlo, además de citar unos cuantos conceptos científicos muy técnicos.

El astrofísico Brian Koberlein explica en su  página web que la nueva investigación en realidad mantiene que el Big Bang ocurrió, pero sugiere que el universo no tiene por qué haber surgido de una singularidad.

Es decir, que lo que se ha planteado es que el origen del universo podría no estar en un punto infinitamente pequeño, denso y caliente, pese a que éste sufriera un rápido periodo de inflación de todas maneras.

¿De dónde habría salido el universo entonces, si nunca fue una singularidad?

No se sabe. Esta nueva investigación aún está en pañales, por decirlo de alguna manera, pero es un enfoque muy interesante que necesita ser estudiado más a fondo en el futuro. Según Koberlein, es una de muchas teorías que sacan la singularidad de la ecuación, pero ninguna de ellas ha eliminado nunca el Big Bang.

¿Entonces eso del universo que siempre ha existido…?

Es una verdad a medias.

Si se elimina la singularidad, entonces el tiempo ya no tiene por qué colapsarse en el inicio del universo, por lo que antes de que la inflación comenzara, el “universo” podría haber existido desde siempre en un extraño estado que tenía el potencial de empezar a expandirse en cualquier momento.

Como podéis ver, eso no significa que “un nuevo estudio pone en cuestión el Big Bang y sugiere que el cosmos existió siempre”. El estado en el que se encontraría el universo antes de expandirse no tendría absolutamente nada que ver con el universo actual, que es lo que parece sugerir la frase.

Vaaaaale, ahora veo que no debo fiarme de los titulares. Pero, por pura curiosidad, ¿Hay alguna manera de que el universo hubiera existido desde siempre?

Eso es lo que plantea precisamente la teoría del Gran Rebote, que propone que el universo podría formar parte de una serie infinita de expansiones y contracciones que cada vez dan lugar a universos distintos.

Pero hace tiempo que se considera que esta teoría no tiene ninguna validez porque, para que esto ocurriera, deberíamos encontrar signos de que el universo podría dejar de acelerar en un futuro para empezar a comprimirse en la dirección opuesta. A día de hoy, no hay señales de que las galaxias vayan a ralentizarse y tampoco se observa que exista suficiente masa en el universo como para que la gravedad pueda frenar la expansión.

O sea que, de momento, parece que el universo se va a expandir eternamente hasta que todas las estrellas se apaguen y las galaxias estén tan separadas unas de otras que nunca recibirán señales de su existencia.

Estupendo y deprimente, ya no tengo más preguntas.

Muy bien. Os recuerdo, estimados lectores, que si tenéis sugerencias, preguntas, quejas, amenazas o simplemente me queréis mandar algo interesante, podéis hacerlo enviando un e-mail a jordipereyra@cienciadesofa.com.

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