Big Bang: La teoría es sólida, pero los misterios permanecen

La mayoría de los científicos dicen que el Big Bang fue el comienzo del universo como lo conocemos. ¿Pero fue el primero? ¿Y será el último?

Una imagen popular de universo primitivo imagina un único Big Bang, después del cual espacio extallló rápidamente como una burbuja gigante. Sin embargo, otra teoría postula que vivimos en un universo de 11 dimensiones, donde todas las partículas están hechas de diminutas cuerdas vibrantes. Esto podría crear un universo atrapado en un ciclo de Big Bangs (grandes explosiones) y Big Crunches (grandes implosiones), debido a que se repite en un bucle.

Aún está por verse cuál es el escenario más cercano a la verdad, pero los científicos dicen que los nuevos experimentos en curso pronto podrían proporcionar más respuestas.

El Big Bang

Según la teoría del Big Bang, el universo empezó muy caliente y muy denso. Hace unos 14.000 millones de años, el propio espacio se expandió y enfrió, permitiendo que finalmente se formaran los átomos y se agruparan para construir las estrellas y galaxias que vemos hoy.

En esto están de acuerdo la mayoría de los científicos.

«Yo diría que hay un consenso es un 100 por ciento, en realidad», dice el físico de partículas Burt Ovrut, de la Universidad de Pennsylvania, respecto de la teoría del Big Bang. «Hay pruebas abrumadoras, todas las predicciones se cumplen».

Por ejemplo, esta teoría predecía que el universo de hoy estaría impregnado de la luz que se produjo en el Big Bang. Este resplandor, al que se le llama radiación cósmica de fondo de microondas, fue descubierto en 1964, casi 20 años después de que se pronosticara.

Sin embargo, lo que causó el Big Bang, lo que ocurrió en ese preciso momento, y lo que vino inmediatamente después, está mucho más abierto al debate.

Una burbuja gigante

Una idea dominante, que conecta los puntos entre el Big Bang y el universo en que nos encontramos hoy, se llama inflación. La idea es que durante más o menos los primeros 10 a la -34 segundos (0,0000000000000000000000000000000001 segundo), el universo experimentó una expansión exponencial, duplicando su tamaño al menos 90 veces. Durante esta primera etapa, la materia estaba en un estado muy diferente a lo que es ahora.

Esta teoría podría explicar algunos de los interrogantes que plantea el Big Bang: ¿Por qué el universo parece casi liso, con aproximadamente la misma cantidad de cosas propagándose por él en forma pareja en todas las direcciones?

«Si uno se imagina que la materia estaba en ese estado diferente en el universo temprano, la historia cambia», dijo Andreas Albrecht, un físico teórico en la Universidad de California en Davis y uno de los iniciadores de la inflación. «La física puede crear la lisura para usted. La inflación también hace que sea lisa. Todo encaja perfectamente en esta historia que cuenta la inflación».

Sin embargo, Albrecht y otros admiten que la teoría no explica todo el cuadro.

«La inflación es, fácilmente, la teoría más popular en la cosmología», dice el físico teórico Neil Turok, director del Instituto Perimeter de Física Teórica de Ontario, Canadá. «Es una buena teoría, pero tiene algunos puntos débiles. No puede describir el momento del Big Bang.»

La teoría del Big Bang considera el universo que comienza a partir de una singularidad, un concepto matemático con temperatura infinita y la densidad infinita empaquetados en un solo punto del espacio. Pero los científicos no creen que esto sea lo que realmente ocurrió.

«Realmente no habría sido infinito», explica el físico Paul Steinhardt, director del Centro de Ciencia Teórica en la Universidad de Princeton en Princeton, Nueva Jersey, y otro arquitecto de la inflación. La «infinitud» sólo significa una ruptura matemática. Es una declaración de que no se deben extrapolar las ecuaciones tan hacia atrás porque te explotan en la cara».

Ni la teoría del Big Bang, ni la teoría de la inflación pueden describir lo que ocurrió en ese momento.

Y la inflación tiene otros problemas, según el punto de vista de algunas personas. Debido a las fluctuaciones cuánticas, las diferentes partes del universo se podrían inflar a ritmos diferentes, creando «universos burbuja» que son mucho más grandes que otras regiones. Nuestro universo puede uno en un multiverso, donde rigen diferentes escalas y leyes físicas.

«Esto significa que todo, y cualquier cosa que pueda ocurrir, ocurrirá», le dijo Steinhardt a SPACE.com. «Así que, básicamente, la [teoría de la] inflación podría hacer cualquier predicción. Esto para mí es un problema fundamental y no sabemos cómo escapar de eso».

Otros dicen que mientras que la inflación puede no estar completa aún, sin embargo, sigue siendo lo más útil que tenemos para describir el origen del universo.

«Incluso si todo es posible podría ser que algunas cosas sean mucho más posibles que otras, y todavía podríamos tener una predicción», dijo Albrecht. «Lo que es verdaderaente emocionante para mí es que hay tantos datos que apoyan la inflación que en realidad parece digna de ponerse a pensar en estas cuestiones.»

Ciclos y ciclos

En 2001, Steinhardt y Turok propusieron una idea a la que llamaron el modelo cíclico, basado en un concepto más antiguo llamado el universo ekpirótico que habían concebido con Ovrut.

En este escenario, el universo pasa por una secuencia interminable de «explosiones» e «implosiones», es decir, períodos de expansión, seguidos por períodos de contracción. En cada paso, el universo tendría una temperatura y densidad finita, en lugar de la infinitud de la singularidad, y la expansión y contracción sería relativamente lenta, a diferencia de la rápida expansión exponencial propuesta por la inflación.

La idea se basa en la Teoría M, una versión de la teoría de cuerdas que sugiere que cada partícula es, en realidad, un pequeño lazo de cuerda cuyo patrón de vibración determina qué tipo de partícula es.

Sin embargo, la Teoría M requiere que el universo tenga 11 dimensiones. Hasta el momento, sólo pudimos detectar cuatro dimensiones: tres de espacio y una de tiempo. Pero tal vez las otras siete están ocultas, dicen los defensores.

A las cuatro dimensiones de la parte del universo que podemos ver, los científicos las llaman una brana, y sugieren que también pueden existir otras branas cuatritridimensionales dentro de este espacio de 11 dimensiones.

«Si usted tiene otra membrana que existe en dimensiones superiores, es muy probable que se desplace y destroce nuestra propia brana», Ovrut dijo. «Se tiene una membrana con exactamente la estructura de nuestro mundo real, y otras branas que es probable que nos golpeen, y toda la energía de los universos que chocan entrarían en juego. Oye, eso me suena mucho a un Big Bang».

Los defensores de la idea afirman que ofrece una forma emocionante de abordar la cuestión de qué disparó el Big Bang, y evita algunas de las trampas de la inflación.

«En la teoría cíclica que no sólo se describe la última explosión, sino las anteriores», explica Turok. «Es un panorama más amplio, más completo, y es de esperar que más lógico y coherente».

Pero otros investigadores dicen que el modelo cíclico no ha llegado lo suficientemente lejos como para ofrecer una alternativa real a la inflación.

«La inflación se mete en problemas al intentar hacer que funcione en la cuestión clave, pero no creo que la gente de [la teoría de los] ciclos haya trabajado realmente duro para hacer [la suya] que funcione mejor», dijo Albrecht. «Creo que ellos tienen las manos llenas con cuestiones técnicas».

Probando los modelos

Afortunadamente, puede ser que los científicos no tengan que esperar demasiado tiempo para saber qué teoría es la mejor apuesta. Los modelos hacen predicciones diferentes sobre algunos aspectos del universo que se pueden medir en la actualidad.

Por ejemplo, la inflación podría haber creado ondas gravitatorias, distorsiones del espacio-tiempo causadas por la gravedad, que deberían ser observables.

Algunos nuevos instrumentos, como el satélite Planck, que se puso en marcha en el 2009, y un instrumento llamado polarímetro se está construyendo en el Telescopio del Polo Sur en la Antártida, podrían medir estas ondas.

«Si fuésemos a observar las ondas gravitacionales, esto mataría las teorías cíclico-ekpirótico-rebote», dijo Steinhardt. «Sería muy consistente con la idea de la inflación».

Sin embargo, no encontrar las ondas realmente no es una sentencia de muerte para cualquiera de las teorías, ya que algunas versiones de la inflación no requieren de las ondas gravitacionales. De cualquier manera, sería emocionante, dicen los científicos.

«La calidad de los datos astronómicos se está disparando», dijo Albrecht. «Es probable que estos datos se recogerán en los próximos cinco a 10 años, y sólo habrá que ver qué pasa».

Fuente: Space. Aportado por Eduardo J. Carletti

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