¿Qué es el big bang?

En el big bang, nuestro universo entero nació repentinamente cuando un solo punto, más pequeño y más caliente de lo que podemos imaginar, estalló con una tremenda furia de potencia y trascendencia inconcebibles. La idea del big bang está íntimamente relacionada con la del universo en expansión. De hecho, fue la idea del universo en expansión la que condujo a los científicos marcha atrás, por así decir, hasta el big bang.

En los años 20, Edwin Hubble descubrió que hay millones de galaxias en el universo y que éstas están alejándose de nosotros a velocidades enormes. Observaciones posteriores mostraron que las galaxias más lejanas se estaban alejando de nosotros con más rapidez, y que las galaxias próximas se alejaban mucho más lentamente. Esto es exactamente lo que uno esperaría ver si el universo hubiera comenzado en una explosión suprema y gigantesca: un «big bang».

Los fragmentos expulsados a más velocidad por la explosión habrían tenido tiempo de alejarse más en el espacio que los fragmentos más lentos. Hubble descubrió también que la razón entre la distancia y la velocidad de una galaxia es constante, este valor se conoce como la constante de Hubble. Esto significaba que en algún instante en el pasado (en el comienzo de todas las cosas) todas las galaxias del universo estaban amontonadas en el mismo lugar al mismo tiempo.

¿Cuánto tiempo hace que tuvo lugar este atasco celeste, y la explosión que le siguió?

Un paso lógico que debió darse para que los científicos llegaran a determinar la edad del universo era medir la velocidad y la distancia de diversas galaxias. Básicamente, ellos calcularon el tiempo que debían haber necesitado las galaxias para llegar a su posición actual. Las respuestas propuestas varían algo pero no de un modo muy significativo, si se considera el enorme tamaño de las respuestas posibles. Muchos científicos coinciden en que la edad del universo está entre ocho y doce mil millones de años.

Algunos investigadores han estimado la edad de las estrellas más viejas de la Vía Láctea en catorce mil millones de años. Esto hace que los escépticos respecto a la teoría señalen la paradoja de que las estrellas más viejas podrían ser más viejas que el propio universo. Pero no hay una paradoja real: los científicos están afinando constantemente sus datos y sus teorías, y con el tiempo pueden limarse las asperezas numéricas. Parte de la importancia de determinar la edad del universo reside en que los científicos utilizan dicho conocimiento para intentar comprender cómo se formaron las estrellas y las galaxias.

¿Qué sucedió inmediatamente después del big bang?

Se formaron los primeros quarks y leptones, las unidades constituyentes de las partículas elementales. Además, la única fuerza unificada original se separó en las cuatro fuerzas que hoy conocemos: gravedad, electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuerte y débil. Y esto fue sólo en la primera diezmilmillonésima de segundo. Las siguientes en formarse fueron las propias partículas, incluyendo los protones, los neutrones y los electrones. Luego se formaron los primeros núcleos a partir de protones y neutrones; y luego los núcleos y los electrones sueltos se mezclaron en un gas llamado plasma (que es diferente a la materia de su sangre). Finalmente, los electrones, los neutrones y los protones se unieron en átomos, los familiares bloques constituyentes del mundo tal como hoy los conocemos. En un instante, este «material» se había extendido hasta proporciones cósmicas.

¿Existe alguna evidencia del big bang?

La primera evidencia importante, descubierta en 1965, fue la existencia de una radiación de microondas procedente del espacio profundo (el mismo tipo de radiación que calienta su café y hace que suba su pan). Si el universo nació a partir de un punto muy caliente y ha estado expandiéndose y enfriándose desde entonces, ahora debería estar a una temperatura de aproximadamente -270 grados Celsius, precisamente la temperatura de la radiación de microondas de los cuerpos celestes. Pero, se estará usted preguntando, ¿qué había antes del big bang? Muy probablemente, nada, una nada inestable parecida a un vacío. Por azar, como es teóricamente posible, una sola partícula densa de materia brotó repentinamente a la existencia.

Entropía y Tiempo

Cualquiera que sea la forma en que se describa el tiempo, la esencia de la flecha del tiempo está en su irreversibilidad. Salvo en algunas raras ocurrencias en el nivel subatómico, los sucesos no pueden invertirse en el tiempo.

La irreversibilidad del tiempo está relacionada con la entropía, la tendencia del orden hacia el desorden. La leche derramada y el automóvil abollado están menos ordenados que la leche en el vaso y el automóvil liso. Incluso la nieve que cae desde el cielo está menos ordenada que la nube en la que se originó.

De la misma forma que no hay ninguna ley física que diga que el desorden no puede ir hacia el orden, no hay ninguna ley física que diga que los sucesos no pueden suceder al revés. Se trata sólo de que la probabilidad es extraordinariamente baja: tan increíblemente pequeñita que es muy poco probable que ocurra.

El clásico problema de la "Flecha del Tiempo", adquirió respetabilidad en la última década del siglo XIX gracias al vienés Ludwing Boltzmann y su "Teorema H" donde la constante matemática definida en términos de las posiciones y velocidades de los átomos y las moléculas, no pueden aumentar con el paso del tiempo y que identificó como la entropía, que es igual al negativo de esta cantidad.

La segunda ley de la termodinámica aporta una definición sobre la dirección del tiempo al afirmar que todo sistema aislado se va ajustando, a medida que pasa el tiempo, para que lo que llamamos entropía alcance su máximo valor. Un estado ordenado se va desordenando espontáneamente o lo que es igual, su entropía aumenta espontáneamente.

La probabilidad de que cualquier conjunto de moléculas que haya ido del orden al desorden regrese espontáneamente al orden es muy baja porque hay muchas más configuraciones desordenadas que ordenadas. Si usted derrama el azúcar de un azucarero, el número de configuraciones desordenadas que pueden tomar las moléculas de azúcar en el tablero de la mesa es prácticamente infinito. Pero el número de configuraciones que podrían considerarse ordenadas, tales como una forma esférica o las letras de su nombre, son tan pocas que si usted viera en efecto que el azúcar formaba una bola o deletreaba su nombre, usted pensaría probablemente que estaba sufriendo alucinaciones.

¿Qué pasa en una escala más grande, la más grande posible: el universo? Aunque prácticamente todos los científicos creen que el universo se formó en el big bang y ha estado expandiéndose desde entonces, algunos creen que es probable que continúe expandiéndose para siempre, mientras que otros creen que en algún momento colapsará de nuevo sobre sí mismo. ¡Una película proyectada hacia atrás! Semejante colapso sería una forma de inversión temporal.

Pero existe otro aspecto de la flecha del tiempo: el cerebro humano y la psicología humana. Tenemos una sensación subjetiva del tiempo; la mayoría de nosotros sentimos que se está moviendo hacia adelante. Así que incluso si llegásemos a estar aquí el tiempo suficiente y sobreviviéramos al colapso del universo, seguiríamos experimentando la secuencia de sucesos tal como ocurre en nuestro tiempo familiar marcha-adelante.

¿Es plano el universo?

En 1977, el físico norteamericano Alan Guth sugirió que de las ecuaciones sugeridas para la teoría del universo unificado, se deduce que el universo en los instantes que siguieron al Big bang , experimentó una súbita y enorme inflación. Mientras los objetos del universo no pueden moverse unos en relación con otros más rápidamente que la velocidad de la luz, el universo en su conjunto podría, en teoría, expandirse a cualquier velocidad.

El universo está hecho de un 5% de materia y energía corriente - la que conocemos y que forma estrellas, planetas, organismos vivos, etcétera -, de un 30% aproximadamente de materia oscura fría - que no vemos pero que mantiene la estructura de las galaxias- y de un 65% de energía oscura - una misteriosa y teórica fuerza de repulsión que estaría acelerando la expansión del cosmos -. Estos son los ingredientes del universo según afirman los científicos de un experimento internacional que mide desde un globo, con un telescopio especial de alta resolución, las variaciones de temperatura en la radiación de fondo del universo, que corresponde a una edad de éste de sólo 300.000 años. Y si esos son los ingredientes, la receta cósmica da un universo plano.

El experimento se llama Máxima. Sus datos, confirman y mejoran los resultados recientes de otro grupo experimental, independiente pero similar, llamado Boomerang.

Tanto los científicos de Boomerang como los de Máxima concluyen, con sus datos independientes, que el universo es plano, por lo que continuará su expansión eternamente.

Lo que los físicos miden en estas observaciones son variaciones de temperatura en la radiación de fondo y, a partir de ellas, elaboran un mapa térmico del cielo en aquel momento de la infancia del universo. Los puntos calientes y fríos medidos varían en unas pocas partes por 100.000 respecto a la temperatura media de la radiación de fondo (2,7 grados sobre el cero absoluto). Los mapas térmicos y el análisis estadístico de los datos desvelan detalles que encajan con las predicciones de la teoría inflaccionaria acerca del universo plano.

Máxima, que ha presentado un mapa del 0,3% de la bóveda celeste, obtiene la mayor resolución de los experimentos de este tipo en curso.

El universo es plano, por lo que continuará su expansión eternamente.