VI. EN EL PRINCIPIO ERA...
DESPU�S de este breve paseo por el mundo microsc�pico, volvamos a nuestro Universo. El primer problema al que nos enfrentamos es el de saber si nuestras teor�as f�sicas pueden describir el momento mismo de su nacimiento. �Acaso tiene sentido hablar del principio del tiempo, o considerar densidades y temperaturas infinitas? Como se�alamos en el cap�tulo anterior, la Relatividad General deja de ser v�lida a escala del mundo de Planck. Es obvio, entonces, que la teor�a de la Gran Explosi�n es incapaz de describir el Universo cuando ten�a menos de 10-44 segundos de existencia, que es el tiempo de Planck. Pero esta limitaci�n es extremadamente generosa y no todos los f�sicos pueden resistir la tentaci�n de elaborar teor�as sobre el Universo cuando su edad apenas exced�a el tiempo de Planck.
Lo que vamos a exponer en el presente cap�tulo podr� parecer terriblemente especulativo, pero —y esto es lo fundamental— est� basado en extrapolaciones, temerarias pero v�lidas, de leyes bien establecidas de la f�sica.
Sean o no v�lidos para tiempos muy peque�os, los modelos te�ricos de Friedmann predicen que, en el principio mismo del tiempo, la densidad del Universo era infinita. A un estado as� los f�sicos llaman singularidad; esto �nicamente implica que ninguna ley f�sica puede describirlo: m�s que un concepto f�sico, la singularidad es un reconocimiento de nuestra completa ignorancia. Empero, podemos sosloyar el problema de la singularidad en forma decorosa si invocamos la invalidez de la Relatividad General para tiempos menores que el tiempo de Planck: no estamos obligados a describir lo que queda fuera del campo de la f�sica.
Sin embargo, queda la posibilidad de que el Universo, en lugar de nacer de una singularidad, haya tenido inicios m�s accesibles al entendimiento. De hecho, el "estado inicial" del Universo pudo ser extremadamente simple: tan simple como un espacio totalmente vac�o. Si �se fue el caso, �la materia surgi� en alg�n momento de la nada!; y, cierto tiempo despu�s de esta creaci�n ex nihilo —tiempo no mucho mayor que el de Planck—, las condiciones f�sicas del Universo llegaron a ser como las supuestas por Friedmann; s�lo en ese momento se inici� la expansi�n que conocemos.
Por extra�o que parezca, nuestro Universo pudo surgir de un espacio vac�o y eterno sin violar las leyes de la f�sica: �stas s�lo requieren que se conserven ciertas cantidades, como la carga el�ctrica, la energ�a total y el exceso (o defecto) de part�culas sobre antipart�culas. Si el Universo surgi� de la nada, su carga el�ctrica y su energ�a total deben haber sido nulas, y el n�mero de part�culas igual al de antipart�culas, tanto ahora como en el principio, pues �sas eran las condiciones del vac�o primordial; veamos si eso es plausible.
La carga el�ctrica total del Universo es nula, seg�n lo indican todas las observaciones astron�micas. La carga del electr�n es exactamente la misma en magnitud, pero de signo contrario, que la del prot�n; y todo indica que el n�mero de protones y electrones en el Universo es id�ntico.
La energ�a total del Universo bien podr�a ser nula. En efecto, la energ�a puede ser tanto positiva como negativa. En un cuerpo cualquiera, la mayor parte de la energ�a se encuentra en forma de masa seg�n la f�rmula de Einstein E=mc2; esta energ�a es positiva. Por otra parte, la energ�a gravitacional es negativa, lo cual significa simplemente que hay que impartirle energ�a a un cuerpo para alejarlo de otro que lo atrae gravitacionalmente. Ahora bien, existe una curiosa relaci�n entre la energ�a en forma de masa de un cuerpo cualquiera, y su energ�a gravitacional debida a la atracci�n de toda la materia dentro del Universo visible: las dos energ�as tienen magnitudes comparables (dentro de las incertidumbres inevitables) pero son de signo contrario, por lo que resulta factible que se cancelen mutuamente. As�, la energ�a total del Universo podr�a ser nula, y la energ�a en forma de masa estar�a compensada exactamente por la energ�a gravitacional.
Por �ltimo, �pudo nacer el Universo con la misma cantidad de materia y antimateria? Vimos anteriormente que las part�culas y antipart�culas pueden coexistir a muy altas temperaturas; veremos con m�s detalle en el siguiente cap�tulo que �sa era la situaci�n durante los primeros segundos del Universo, cuando hab�a casi la misma cantidad de materia y antimateria. Al bajar la temperatura, las part�culas y antipart�culas se aniquilaron mutuamente y s�lo sobrevivi� un peque�o excedente de materia. La f�sica moderna tiene una explicaci�n del origen de ese excedente: hace algunos a�os, los f�sicos encontraron pruebas experimentales de que existe una peque��sima asimetr�a entre el comportamiento de las part�culas y el de las antipart�culas. Esa ligera asimetr�a pudo causar que, en los primeros instantes del Universo, se formara un poco m�s de materia que de antimateria.
�Qu� hizo surgir al Universo de la nada? Los partidarios de la creaci�n ex nihilo tienen una respuesta basada en la f�sica moderna. Seg�n la mec�nica cu�ntica, el vac�o no est� realmente vac�o sino repleto de part�culas y antipart�culas, llamadas "virtuales", que se crean y se destruyen azarosamente; en una regi�n microsc�pica pueden surgir s�bitamente un electr�n y un positr�n, que se aniquilan casi inmediatamente en un tiempo demasiado corto para que puedan ser detectados; un proceso as� se llama fluctuaci�n cu�ntica. Para los lectores incr�dulos, se�alamos que no todos los f�sicos aceptan la existencia de fluctuaciones cu�nticas, aunque todos admiten que el concepto de vac�o presenta, a la luz de la f�sica moderna, una serie de problemas formidables que a�n estamos lejos de entender. Sea lo que fuere, si se admiten las ideas anteriores, bien podr�a ser que el Universo mismo haya sido una fluctuaci�n cu�ntica del vac�o. �Y c�mo se gener� tal cantidad de materia y antimateria?; a esto los partidarios de la creaci�n ex nihilo contestan que, despu�s de todo, se dispuso de un tiempo infinito para que, alguna vez, se produjera una fluctuaci�n cu�ntica de la magnitud del Universo. Si la probabilidad de un evento es extremadamente peque�a, pero no cero, tendr� que suceder alguna vez si se dispone de tiempo suficiente. A la pregunta �por qu� naci� el Universo con las propiedades que le conocemos?, se contesta f�cilmente: de haber nacido otro tipo de Universo, no existir�amos nosotros para nombrarlo. Y ya para terminar, podr�amos preguntarnos si tiene sentido el concepto de un espacio vac�o, desprovisto de toda materia, pero en el cual est�n dadas las leyes de f�sica. Esta pregunta desborda el campo de la f�sica y nos lleva de lleno a la metaf�sica y al misticismo.
�Naci� el Universo del vac�o, o de una singularidad escondida en el mundo inescrutable de Planck? Es curioso que el concepto de la Creaci�n a partir de la nada o de un estado indescriptible (el "caos primordial") ha atra�do la imaginaci�n humana (�se trata acaso de un arquetipo junguiano?).
Queda a�n otra posibilidad para la Creaci�n. Vimos en el cap�tulo IV que, seg�n
los c�lculos de Friedmann, si la densidad de masa del Universo excede cierto
valor, la expansi�n c�smica se detendr� en alg�n momento y se iniciar� una contracci�n.
Eventualmente, toda la materia del Universo volver� a comprimirse —en otra
singularidad, quiz�s— como en los inicios de la Gran Explosi�n. Si tal es
el destino del Universo, podemos concebir que la contracci�n terminar� en una
"Gran Compresi�n" a la que seguir� otra Gran Explosi�n, y as� sucesivamente
(Figura 35). Un n�mero inconmensurable de ciclos se suceder� eternamente, como
en la cosmolog�a v�dica. Consideraremos la posibilidad de este evento en el
siguiente cap�tulo.
La mayor�a de los cosm�logos modernos piensan que, independientemente de su origen, el Universo empez� a expanderse en alg�n momento tal como lo predice la teor�a de la Gran Explosi�n. Cuando el Universo ten�a menos de 10-35 segundos (108 veces el tiempo de Planck), las part�culas que lo compon�an pose�an tanta energ�a que las interacciones fuertes, electrom�gneticas y d�biles eran indistinguibles entre s� —en el sentido explicado en el cap�tulo anterior—. A los 10-35 segundos, la temperatura del Universo era de unos 1028 grados Kelvin; si hemos de creer en las teor�as de la Gran Unificaci�n, fue en ese momento cuando las interacciones fuertes se desligaron de las electromagn�ticas y d�biles. Hace algunos a�os, se descubri� que dichas teor�as predec�an un curioso e interesante efecto: la separaci�n de las interacciones fuertes de las otras interacciones debi� ser un proceso extremadamente explosivo de la materia, en el que se liberaron cantidades colosales de energ�a. La consecuencia m�s importante fue que, a los 10-35 segundos, el Universo se expandi� much�simo m�s r�pidamente que lo que se esperar�a seg�n el modelo de Friedmann: en menos de 10-33 segundos, la distancia entre dos puntos materiales aument� por un factor de 1028 o m�s. Este es el modelo del Universo inflacionario (Figura 36).
Figura 36. Evoluci�n del factor de escala seg�n el modelo del Universo inflacionario.
Este modelo se ha vuelto muy popular porque resuelve de un golpe varios problemas de la cosmolog�a. En primer lugar, explica por qu� el Universo es homog�neo en todas las direcciones, aun en regiones que nunca tuvieron tiempo de influirse entre s� (volveremos a este problema en el pr�ximo cap�tulo). Si el Universo sufri� una inflaci�n violenta, la materia que estaba inicialmente en contacto fue arrojada en todas direcciones con velocidades cercanas a la de la luz —y muy superiores a la velocidad de expansi�n predicha por los modelos de Friedmann— en esta forma, regiones del Universo que vemos en direcciones diametralmente opuestas estuvieron en contacto cuando se iniciaba la expansi�n c�smica.
Otro problema es el de la densidad del Universo; en principio, �sta podr�a tener cualquier valor, pero, curiosamente, la densidad observada no difiere lo suficiente de la densidad cr�tica para poder decidir, por lo menos hasta ahora, si el Universo es abierto o cerrado. El modelo inflacionario predice que la densidad del Universo debe ser justo la cr�tica, lo cual es compatible con las observaciones astron�micas.
En alg�n momento, la inflaci�n debi� de detenerse (�sta es la parte m�s oscura de la teor�a) y dar lugar a una expansi�n como la predicha por Friedmann. La evoluci�n posterior del Universo fue m�s apacible; as�, por ejemplo, a los 10-12 segundos la temperatura hab�a bajado a 1016 grados Kelvin y fue en ese momento cuando se separaron tambi�n las interacciones d�biles de las electromagn�ticas; este proceso no fue tan catastr�fico como el que caus� la inflaci�n. Con el paso de los microsegundos, el Universo fue evolucionando y la parte especulativa de la teor�a va disminuyendo.
El concepto del Universo inflacionario est� basado en ciertas teor�as de part�culas elementales que a�n no han sido confirmadas plenamente, pero la idea es muy interesante y ofrece la posibilidad de investigar las �pocas m�s remotas del Universo. Veremos m�s adelante que las teor�as mencionadas ofrecen la posibilidad de entender el origen de las galaxias.
