¿Cómo se formó el Universo? ¿Por qué se formó? ¿Qué había antes del Big Bang? Estas, y muchas otras, son algunas de las preguntas que la cosmología intenta responder. Como decía Carl Sagan, no son preguntas fáciles, y nos ponen frente a frente con algunos de los grandes misterios de la ciencia. Ahora, tenemos una nueva hipótesis para explicar cuál podría ser el origen del cosmos…

El origen del Universo

Esta imagen es una representación cronológica (de abajo a arriba, comenzando desde el Big Bang) de la expansión del universo, ilustrando el efecto de la energía oscura. En la parte superior, la expansión es tal que la curva se vuelve prácticamente llana. Crédito: Ann Feild (STScI)
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Esta imagen es una representación cronológica (de abajo a arriba, comenzando desde el Big Bang) de la expansión del universo.
Crédito: Ann Feild (STScI)

En el principio de los tiempos, el universo estaba contenido en un punto infinitamente pequeño y denso que, de algún modo, explotó dando origen a todo lo que nos rodea. Como seguramente sepas, ésta explicación es, a grandes rasgos, la teoría del Big Bang. Somos capaces de explicar qué sucedió desde unas milésimas de segundo después en adelante. Hay un momento en particular,  durante el que el Universo se expandió a un ritmo tremendo, en un período que definimos como inflación y que sucedió entre 10-36 y 10-32 segundos después del Big Bang (es decir, mucho antes de que transcurriese la primera milésima de segundo).

Sin embargo, no somos capaces de explicar el momento anterior, ni explicar qué sucedía en ese punto infinitamente denso, caliente y pequeño, en el que se concentraba todo el material. Es lo que definimos como una singularidad. Cuando nos encontramos con una, las leyes de la física tal y como las conocemos dejan de funcionar al intentar aplicarlas ahí (otro lugar en el que nos enfrentamos a una singularidad es el interior de un agujero negro).

La teoría de la inflación ha tenido sus momentos fuertes y débiles en tiempos recientes, especialmente después de que las observaciones de un telescopio ubicado en el Polo Sur parecieran demostrar que era cierta, pero que posteriormente fue puesta en duda porque se creyó que el polvo estelar de nuestra galaxia distorsionaba las observaciones. En cualquier caso, sigue siendo la explicación más satisfactoria que tenemos hasta el momento.

El Gran Rebote

Esta imagen muestra parte de la Galaxia del Molinete, conocida por estar formando estrellas más rápido que nuestra Vía Láctea. NASA, ESA, Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
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Esta imagen muestra parte de la Galaxia del Molinete, conocida por estar formando estrellas más rápido que nuestra Vía Láctea.
NASA, ESA, Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Pero no es la única que intenta explicar qué sucedió. La teoría del Gran Rebote intenta dar respuesta al mismo misterio, y no es ni mucho menos nueva, fue propuesta por primera vez allá por 1922. En este modelo alternativo, nuestro universo se originó a partir de los restos de un universo anterior que terminó en una gran implosión, que sería un proceso que volvería a tener lugar cuando nuestro cosmos llegue a su fin.

¿El inconveniente? La teoría del Gran Rebote tampoco es capaz de explicar la singularidad y, hasta ahora, para explicarla era necesario añadir suposiciones o ingredientes adicionales para intentar comprender cómo era posible que el universo pudiese sobrevivir a su propia destrucción. Un nuevo estudio publicado por dos científicos del Imperial College London plantea una explicación mucho más sencilla que podría dar validez a la idea de que el origen de nuestro universo sea uno más antiguo.

El planteamiento pretende centrarse en la simplicidad, y viene a decir lo siguiente: hay un principio de la física de partículas que dice que, a energías muy elevadas, la materia se comporta como la luz, y se convierte en invariable sin importar su escala. Es decir, las ecuaciones que utilizamos para describir su comportamiento son las mismas sin importar la energía de la luz ni el tamaño del universo que las contenga. Bajo ese supuesto, el universo es capaz de comprimirse hasta un punto minúsculo (menor al tamaño de un átomo) y volver a expandirse.

Recurriendo a la mecánica cuántica

Concepto artístico de una enana roja rodeada por tres planetas. Crédito: NASA/JPL-Caltech
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Concepto artístico de una enana roja rodeada por tres planetas.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

No es ninguna idea descabellada. Los estudios sugieren que, en sus inicios, el universo debía comportarse de la misma manera a todas las escalas. Las leyes de la física que funcionaban para explicar la estructura completa del universo también funcionaban en una escala mucho más pequeña que el nivel atómico, y es algo que se define como simetría conforme. En el universo moderno, sin embargo, las partículas más pequeñas que los átomos se comportan de manera diferente a la materia más grande, provocando que esa simetría no se cumpla. Las partículas subatómicas están regidas por la mecánica cuántica mientras las estructuras más grandes (galaxias, etcétera) están regidas por la gravedad.

Así que para poner a prueba su hipótesis, decidieron aplicar ese principio de la física de partículas a un modelo del universo completamente liso e idéntico en todas las direcciones. No es completamente realista, pero es suficientemente bueno para poder escribir las ecuaciones que gobernarían un cosmos así y resolverlas sin grandes dificultades. La solución predice que el universo sería capaz de rebotar a través de la singularidad en un proceso muy similar a algo que en mecánica cuántica se conoce como efecto túnel, y permite a los electrones atravesar muros y otras barreras.

Es decir, la mecánica cuántica sería la responsable de evitar que el universo terminase colapsando sobre sí mismo y destruyéndose al final del período de contracción, permitiendo en su lugar que pase por un estado de transición para cambiar a un período de expansión. Bajo este modelo no tendríamos ni Big Bang ni Gran Implosión (Big Crunch como lo denominan en inglés), pero tampoco tenemos una respuesta sobre qué provoca el cambio entre cada período.

Si están en lo cierto, tendríamos una manera de explicar cómo se podría comportar el universo al llegar a esa singularidad y volver a expandirse sin necesidad de introducir cosas como materia exótica u otros factores que no hemos logrado observar. Nos podría acercar un poco más al desarrollo de una teoría del origen y el inicio del universo que no dependa del mecanismo de la inflación, pero por ahora se puede decir que está en pañales.

No es una respuesta definitiva

En unos 3.750 millones de años, la Vía Láctea y Andrómeda comenzarán a distorsionarse mutuamente por la acción de la gravedad. Crédito: NASA
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En unos 3.750 millones de años, la Vía Láctea y Andrómeda comenzarán a distorsionarse mutuamente por la acción de la gravedad.
Crédito: NASA

Como te puedes imaginar, es una idea interesante, pero es posible que esas suposiciones simplificadas sobre el universo hayan hecho demasiado sencillo escribir una ecuación completa que, aplicada al universo real, tal y como lo conocemos, sea incapaz de describir su comportamiento. No sería la primera vez que la aplicación de un modelo sencillo, que parece funcionar correctamente, se encuentra con grandes dificultades al aplicarse al mundo real, como ya sucedió con algo llamado cosmología de bucles cuánticos, que también venía a proponer algo similar a lo planteado en la teoría del Gran Rebote.

En definitiva, como primer paso no es ni mucho menos malo, porque nos puede permitir recurrir a la teoría del Gran Rebote sin necesidad de utilizar explicaciones exóticas para poder entender qué sucede en el momento de la singularidad pero, ahora, los investigadores tendrán que dejar atrás ese modelo simplificado de un universo liso e idéntico en todas las direcciones, e incluir las fluctuaciones que permiten la aparición de las estructuras a gran escala que podemos observar a nuestro alrededor: galaxias, estrellas, planetas y, en última instancia, nosotros mismos.

El estudio ha sido publicado en la Physical Review Letters.

Referencias: Wired, New Scientist