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Mayo - 2014


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Universo inflacionario

Por José Prieto


Datos recogidos recientemente parecen corroborar la «teoría del Big Bang inflacionario» sobre el origen del universo.

La «teoría del Big Bang» o «Gran Explosión» postula que nuestro universo nació hace unos 13.800 millones de años a partir de una titánica explosión en unas condiciones inimaginables de temperatura y densidad, lo que dio origen a la materia, el espacio y el tiempo. La «teoría del universo inflacionario» la propuso Alan Guth hace más de treinta años como mejora al modelo estándar de la «Gran Explosión», pero no había podido comprobarse experimentalmente. Ahora, los datos aportados por el radiotelescopio BICEP2, instalado en el polo Sur, parecen demostrar la existencia de las ondas gravitacionales que en los primeros instantes del universo causaron «la inflación». Un poco de historia En todas las épocas el hombre se ha interrogado sobre este universo que nos rodea. Fue Isaac Newton (1643-1727) quien propuso el primer modelo científico del universo, pero tendrían que pasar doscientos años más hasta disponer de una teoría coherente sobre su origen. En 1920, el astrónomo Edwin Hubble descubre un universo lleno de galaxias, cada una con cientos de miles de millones de estrellas. Sus observaciones demuestran que las galaxias se alejan unas de otras, al igual que lo harían los puntos dibujados en la superficie de un globo mientras se hincha. Descubre así la expansión del universo. Ahora bien, si las galaxias se alejan unas de otras, ¿significa esto que el universo era un todo compactado que en un determinado momento «estalló» dando origen a todo lo creado? En 1917 Albert Einstein ya había desarrollado su teoría general de la relatividad. La resolución de sus ecuaciones proporcionó el primer modelo matemático coherente del universo. Sin embargo, siguiendo las ideas cosmológicas de la época, Einstein introdujo un factor en sus ecuaciones con objeto de obtener un modelo de universo estático. En 1922, al resolver las ecuaciones originales de Einstein, el matemático Alexandre Friedmann presenta un modelo de universo en expansión acorde con las observaciones de Hubble. Nacía así la cosmología moderna. Los orígenes del universo La teoría de la Gran Explosión ofrece una descripción sencilla y potente de las condiciones físicas del origen del Cosmos. Hace 13.800 millones de años, el universo, con toda su materia, todo el espacio y el tiempo, se originó a partir de un punto de dimensiones casi nulas y densidad casi infinita. Desde entonces no ha dejado de expandirse. ¿Qué tamaño tenía ese punto? Imaginemos el tamaño de un protón; el punto de esta «i» puede contener unos 500.000 millones de protones. Cojamos el protón, reduzcamos su tamaño mil millones de veces y pongamos en ese tamaño toda la materia y energía contenida en nuestro universo. Ahora estamos en condiciones de vislumbrar el primer instante del universo. Muchos imaginarán este punto en un espacio vacío y oscuro. No, el espacio no existe, el vacío no existe, alrededor no hay nada, nada, porque ni el espacio ni el tiempo existen. Aun no se han creado... Si el universo comenzó en un estado intensamente caliente, deberían poderse observar los «restos enfriados» de este calor inicial. Este «resto fósil», conocido como «fondo cósmico de microondas», fue descubierto en 1964 por Arno Penzias y Robert Wilson. La imagen del fondo cósmico de microondas se aprecia en todas las direcciones del cielo, permitiendo observar la luz que el universo emitió a los 380.000 años de edad. Es en esta imagen donde los astrónomos del BICEP2 han descubierto la señal de las «ondas gravitacionales» que prueban el denominado «período inflacionario» de la expansión. La teoría también predice correctamente las concentraciones relativas de elementos ligeros (hidrógeno, deuterio, helio y litio) que debe haber en nuestro universo y que se formaron en las primeras etapas de su evolución. «La inflación», ese momento en que la expansión alcanza proporciones descomunales en un brevísimo período durante la primera fracción de segundo, explica por qué hoy nuestro universo es tan uniforme, por qué, se mire donde se mire, existe una homogeneidad en sus características físicas (densidad, temperatura y planitud). ¿Cómo ocurrió todo? Teorías que unifican en una sola las cuatro fuerzas de la Naturaleza (gravedad, electromagnetismo, fuerza nuclear débil y fuerza nuclear fuerte) modelan los primeros instantes del universo. Tras una palpitación cegadora con la que comienza la expansión, se separa la gravedad, que actúa como fuerza repulsiva en los primeros instantes, la etapa inflacionaria. El pequeñísimo punto descrito más arriba se expande exponencialmente y, en un brevísimo período de tiempo, pasado el período inflacionario, el tamaño del universo llega al centímetro. En ese momento, la repulsión gravitatoria deja de actuar y la expansión continúa según el modelo estándar de la teoría del Big Bang. Cuando el universo tiene una edad varios billones de veces inferior a un microsegundo y el tamaño de una naranja, la fuerza nuclear fuerte se separa. Con una edad un millón de veces inferior a un microsegundo se separan las cuatro fuerzas de la Naturaleza. A los tres minutos, con una temperatura de 900 millones de grados, se ha creado el 98% de la materia. A los 380.000 años el universo se hace transparente a la radiación. Es la radiación que ha detectado el BICEP2. Si el modelo inflacionario termina confirmándose, habremos dado un nuevo paso en la comprensión del Cosmos. Sin embargo, los interrogantes continúan: ¿por qué el universo tiene tres dimensiones espaciales?, ¿por qué es tan débil la gravedad?, ¿qué relación hay entre las propiedades de la materia en su primer momento de existencia y que hoy, 13.800 millones de años más tarde, haya un universo habitable? Y, sobre todo, como recuerda el físico J. Archibald Wheeler, creador del término «agujero negro», ¿por qué hay algo en lugar de nada?


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