¿Quiénes somos? ¿De dónde venimos? ¿Cuál es nuestro objetivo? Son preguntas que han inspirado, y a menudo atormentado, a filósofos, teólogos y eruditos desde la antigüedad en su búsqueda de respuestas que quizá nunca tengamos. La ciencia, pues, ha tratado de explicar la vida y la realidad que nos rodea "viajando" en el tiempo hasta el origen del universo, el momento primordial desde el que todo comenzó. Según los astrofísicos de todo el mundo, este origen fue provocado por una gigantesca explosión: el Big Bang.
Según la teoría del científico Georges Lemaître, posteriormente apoyada y desarrollada por George Gamow, durante su nacimiento el universo se expandió desde un punto de densidad infinita hasta generarse a sí mismo. En consecuencia, el modelo cosmológico del Big Bang se basa en la idea de que el universo comenzó a expandirse a una velocidad muy alta en un tiempo finito en el pasado a partir de una condición de extrema curvatura, temperatura y densidad, generando el espacio-tiempo. No sólo eso, sino que se cree que este proceso continúa hasta nuestros días.
Qué es el Universo
Antes de lanzarnos al espacio profundo y ponernos a explicar de alguna manera el origen del universo, conviene definir qué se entiende exactamente por el término Universo, en términos científicos, claro. Según la bibliografía, el universo se define comúnmente como el conjunto que abarca todo el espacio y lo que contiene, es decir, la materia y la energía, los planetas, las estrellas, las galaxias y el contenido del espacio intergaláctico.
La parte observable del mismo, al menos en la actualidad y con las tecnologías de que disponemos, tiene un diámetro de unos 93.000 millones de años luz, lo que sugiere a los expertos que se ha regido por las mismas leyes y constantes físicas durante la mayor parte de su historia y en toda su extensión observable. No sólo eso, su "estructura" permite absolutamente hacer inferencias en las primeras partes, lo que hace especialmente difícil reconstruir su historia con exactitud.
En cualquier caso, como es bien sabido, la teoría del Big Bang es el modelo cosmológico más aceptado que describe el nacimiento del universo. Según los cálculos, basados por supuesto en nuestro marco temporal local, este acontecimiento habría ocurrido hace unos 13.800 millones de años. Teóricamente, la distancia máxima observable está contenida en el universo observable. Los estudios de varias supernovas han demostrado que el universo sigue expandiéndose de forma constante, y se han creado muchos modelos para predecir su destino final. En 1929, Edwin Hubble anunció el descubrimiento de la expansión del universo.
Al observar varias galaxias, pudo descubrir que la mayoría de ellas se alejaban de la Tierra, ya que sus espectros estaban orientados hacia el rojo. También observó que cuanto mayor era su distancia a la Tierra, más rápido se alejaban. Esta situación se explica por el primer principio cosmológico, según el cual "la estructura y las propiedades del universo a gran escala son iguales en todas partes y en todo momento". Se trata, en definitiva, de la famosa fórmula v = H r, donde v es la velocidad de retroceso, r la distancia y H, un número conocido como la constante de Hubble, es de 53 km/s por millón de pársecs.
Origen del universo: la teoría del Big Bang
Las observaciones de Hubble desafiaron efectivamente la visión dominante del universo como algo estacionario. Si el universo se expande, su densidad debe ser variable. Desde entonces, la teoría se ha modificado convenientemente para afirmar que debe haber una creación continua de materia equivalente a un átomo de hidrógeno por centímetro cúbico cada millón de millones de años. Sólo más tarde se asumió que el universo nació de una explosión hace más de 13.000 millones de años, y que el movimiento de retroceso fue una consecuencia de esta explosión.
La explosión se conoce como el Big Bang. Los físicos, por su parte, no están seguros de lo que precedió a la gran explosión cósmica: algunos proponen modelos de un universo cíclico, otros describen un estado inicial sin límites, del que surgió y se expandió el espaciotiempo en el momento del Big Bang. Otros incluso sugieren que nuestro universo es sólo uno de los muchos que pueden existir.
El modelo del Big Bang, término acuñado por Fred Hoyle en 1949 durante un programa de radio de la BBC, y utilizado en su momento con una connotación despectiva, es reconocido universalmente como el modelo más cercano para explicar el origen del universo, prevaleciendo en la comunidad científica sobre la base de las pruebas y observaciones astronómicas. En concreto, la buena correspondencia de la abundancia cósmica de elementos ligeros como el hidrógeno y el helio con los valores predichos como resultado del proceso de nucleosíntesis primordial, combinada con la existencia de la radiación cósmica de fondo, con un espectro acorde con el del cuerpo negro, han convencido a la mayoría de los científicos de que hace más de 13.000 millones de años se produjo un evento similar al Big Bang.
Cuando la humanidad era sólo la proyección de un futuro muy lejano. Antes del Big Bang, se imagina que el universo estaba concentrado en una esfera, con temperatura y densidad infinitas. En su interior debía existir un plasma, un estado particular de la materia en el que los núcleos y los electrones son libres de moverse caóticamente, y que está formado por quarks y gluones. La situación decididamente inestable provocó la explosión, seguida de cuatro fases sucesivas, comúnmente identificadas como "eras": la era cuántica, la era electrodébil, la era dominada por la radiación y la era dominada por la materia.
La teoría del Big Bang se basa en dos supuestos fundamentales, a saber, la universalidad de las leyes de la física y el principio cosmológico que establece que a gran escala el universo es homogéneo e isótropo. Aunque la reconstrucción es precisa y creíble en determinadas condiciones, la teoría tiene, como suele ocurrir, limitaciones. Basta considerar que, procediendo idealmente hacia atrás en el tiempo, en un proceso inverso a la expansión, la densidad y la temperatura aumentan hasta un instante en el que alrededor de estos valores tienden al infinito y el volumen tiende a cero. La observación implica que las teorías físicas actuales ya no son aplicables, generando el proceso comúnmente conocido como la singularidad. Precisamente por ello, el Big Bang parece inadecuado para explicar la condición inicial, pero proporciona una buena descripción de la evolución del universo a partir de un punto determinado de su larga historia.
Más allá del Big Bang
El origen del universo según el modelo del Big Bang se basa, pues, en teorías ciertamente fiables y confirmadas por las observaciones sólo para la descripción de la evolución del universo a partir de la nucleosíntesis primordial. En consecuencia, las afirmaciones posteriores sobre la forma general del universo y su evolución en un futuro lejano son especialmente inciertas. Dada la finitud de la velocidad de la luz, la observación está limitada por lo que podemos definir como un horizonte infranqueable, que no permite realizar más extrapolaciones.
El modelo, además, se basa en supuestos relacionados con las propiedades topológicas del espacio-tiempo y su regularidad y, de hecho, es única y exquisitamente hipotético. El progreso tecnológico actual, y la reciente observación de la energía oscura, han permitido, sin embargo, afinar nuestro conocimiento del universo, incluida su evolución.
Entre las nuevas teorías más conocidas, tenemos la de que el universo continuó expandiéndose hasta cierto punto, y luego dejó de crecer. Para otros expertos, la velocidad a la que se expande el universo disminuirá gradualmente y la aceleración a 0 se volverá negativa, lo que conducirá a un Big Crunch y a una vuelta al estado de singularidad. Para otros aún, el universo nunca dejará de expandirse, generando cíclicamente las condiciones para que la vida exista, aunque sea primordial.
La última hipótesis está ligada al nombre de Alan Guth, que en 1984 fue aceptada por la mayoría de los estudiosos, y considerada extremadamente creíble. Ciertamente, la teoría del Big Bang, formulada por Alexander Friedmann en 1929 y completada por George Gamow en 1940, conserva su autoridad, aunque reconozca sus propias limitaciones. Lo que hubo antes del Big Bang sigue siendo un misterio, ya que los astrofísicos se niegan a avanzar demasiadas hipótesis, dejándonos con una historia que quizá nunca tenga una explicación que satisfaga a todo el mundo.
Origen del Universo: teorías alternativas
Como tema vasto y típicamente divisivo, la cuestión del origen del universo es una que inevitablemente ha inspirado a muchas mentes. Lo que ha dado lugar a otras tantas teorías y a la posterior aparición de una cosmología no estándar. Este término, como ya habrán adivinado, se refiere a cualquier modelo cosmológico del universo que haya sido, o siga siendo, propuesto como alternativa al Modelo Estándar de la cosmología, o a su referencia al Big Bang. En la historia de la observación del espacio, han sido muchos los investigadores que han criticado explícitamente el modelo del "Big Bang", bien rechazando por completo sus supuestos fundamentales, bien añadiendo otros nuevos que se consideraban cruciales para el establecimiento de nuevos modelos teóricos del universo.
En las décadas de 1940 y 1960, en particular, la comunidad científica estaba fuertemente dividida entre los fervientes partidarios del Big Bang y los de las teorías competidoras basadas en el modelo del estado estacionario. Hoy en día, muy pocos astrofísicos debaten su validez real. Entre los exponentes de la cosmología no estándar, cabe mencionar varios nombres del mundo científico, activos sobre todo en el siglo XX, como Fred Hoyle, Paul Dirac, Kurt Gödel, Geoffrey Burbidge, Margaret Burbidge, Halton Arp, Jayant V. Narlikar, Hannes Alfvén, Eric Lerner, Dennis Sciama, Ernst Mach, Thomas Gold, Hermann Bondi, Fritz Zwicky, Christof Wetterich, Mordehai Milgrom y Johan Masreliez.