INTRODUCCIÓN

¿Puede la materia dividirse indefinidamente? Demócrito afirmaba, hace más de dos mil años que la materia esta formada de átomos, partículas diminutas e indivisibles. El tiempo le dio la razón. A principios del siglo XX quedó plenamente establecido que todos los cuerpos materiales están formados por átomos, cuyo tamaño es del orden de unas cuantas millonésimas de milímetro.

La palabra átomo significa "indivisible" en griego y se utilizó hace menos de un siglo para designar lo que parecía ser el constituyente más pequeño de la materia. Pero pronto se descubrió que lo que se había identificado como un átomo está formado, a su vez, por partículas aún más pequeñas. A éstas se les llamó partículas elementales con la esperanza de que fueran efectivamente elementales, es decir, sin más constituyentes.

Pero el Universo no se puede reducir sólo a partículas elementales. El Universo es dinámico; todos los cuerpos interactúan entre sí por medio de fuerzas —de las cuales la gravitacional es la más familiar. Las partículas, junto con sus interacciones, son los elementos fundamentales del Universo.

Para explicar las fuerzas de la naturaleza, los físicos inventaron un nuevo concepto, el campo, que resultó ser de enorme utilidad para describir los fenómenos físicos. Partículas y campos resultaron ser dos facetas, inseparables, de una misma realidad. Pero si bien el concepto de partícula es intuitivamente claro, el de campo es un desafío a nuestra capacidad de comprender el mundo. Esta dificultad se hace más manifiesta cuando se describe el comportamiento de la materia a nivel de los átomos. Ahí rige la física cuántica y todas nuestras ideas intuitivas se esfuman; sólo quedan partículas y campos cuánticos.

Uno de los objetivos del presente libro es reseñar, para los lectores que no son especialistas en física, los conocimientos actuales acerca de las partículas elementales, de los campos cuánticos y sus comportamientos de acuerdo con la física del mundo atómico. Otro objetivo es mostrar cómo estos conocimientos del mundo cuántico se aplican al estudio de la evolución inicial del Universo. Con base en lo que sabemos del mundo subatómico, pasaremos revista a lo que pudieron ser los primeros instantes del Universo, de acuerdo con la teoría cosmológica más aceptada en la actualidad: la famosa teoría de la Gran Explosión.

Con los primeros cuatro capítulos de este libro esperamos proporcionar un panorama general de las teorías modernas respecto al mundo cuántico: de las moléculas a los átomos, de los átomos a las partículas elementales que los componen, así como las fuerzas con las que la materia interacciona consigo misma . La síntesis de la física de partículas elementales y las interacciones entre ellas es el llamado modelo estándar, que presentamos en el capítulo III. Más allá del modelo estándar se han elaborado teorías que por ahora son sólo especulativas, pero que tienen profundas implicaciones para la cosmología.

Así, después de un paseo por el mundo microscópico de las partículas elementales, daremos un salto del capítulo VII para pasar al Universo en toda su inmensidad. Antes, en el capítulo VI, reseñamos de modo breve las propiedades más importantes del Universo como la existencia que se conocen en la actualidad. Quienes ya leyeron El descubrimiento del Universo ¹ pueden saltarse ese capítulo y pasar directamente al VII, o bien pueden darle una hojeada para recordar algunas de las ideas fundamentales de la Gran Explosión.

Como veremos en los capítulos VII y VIII , la física del micromundo se puede unir con la cosmología para explicar las propiedades más importantes del Universo —como la existencia de las galaxia— a partir de las condiciones físicas en los primeros trillonésimos de trillonésimos de segundo de existencia; el resultado de tal unión es la hipótesis del Universo inflacionario. Finalmente, se describirá el panorama cósmico justo después de la inflación y hasta la época en la que al parecer se formaron las primeras galaxias.