Reflexiones ociosas sobre lo más emocionante de la Física y en general del avance de la Ciencia: 2. El Big Bang y la expansión del Universo

Hoy, día de Pascua que Artemis 2 está llegando a la Luna, es un buen día para renovar el espíritu y empezar una nueva etapa. Continuamos explorando y cuestionando aspectos cruciales del desarrollo actual de la Ciencia. La Astronomía expande nuestro foco de conocimiento a los orígenes y extensión del Universo.

El problema del Big Bang. Dato y relato

Mi intuición me dice que toda la Física ‘moderna’, que se ha estado construyendo sobre la base de una gran explosión (= Big Bang) en el origen del tiempo, hace aguas por varias partes. Todo lo del Big Bang se ha basado en la expansión en el Universo, detectada en las mediciones realizadas del movimiento de estrellas y galaxias, que están alejándose, desde nuestro punto de vista. Hay una evidencia de ello mediante el uso del Efecto Doppler, conocida como ‘corrimiento hacia el ‘rojo’ de las líneas espectrales’ de elementos conocidos. Para ello se analiza la luz recibida de las estrellas lejanas con ayuda de espectrofotómetros y se sabe si un objeto luminoso se acerca o se aleja a gran velocidad, como ocurre con la variación del tono del sonido cuando, por ejemplo, pasa un vehículo cerca de nosotros.

* El dato es que las estrellas, las galaxias, cuanto más lejos están, más aprisa se alejan. Hay también un movimiento anómalo de la estructura de las galaxias, de forma que la parte del exterior gira a velocidades superiores para las calculadas en base a la cantidad de materia conocida.

* El relato comunmente aceptado de la Física actual nos dice que si pudiéramos rebobinar el tiempo, hacia el ‘origen’ o ‘principio’ de los tiempos, llegaríamos a un momento en que ‘todo’ estuviera reunido en un punto. Los físicos le llamarían a ese punto una ‘singularidad’. Tras ese ‘momento’ inicial, se produjo una enorme, formidable, increiblemente grande, expansión de lo que estuviera dentro de la singularidad y se formó toda la energía y la materia. Luego siguió expandiéndose el espacio hasta hoy. Pero la velocidad de la expansión no solo no estaría disminuyendo, sino que ‘ahora’ estaríamos en una época o fase en que la expansión se está acelerando.

Esta aparente aceleración de la expansión es difícil de explicar, pensando en términos de ‘inercia’.  Para buscar una explicación, se está elucubrando con que existiría una clase de materia indetectable por los medios disponibles, que los astrónomos llaman materia oscura. Debería haber también una forma de energía de origen y efectos desconocidos que le llaman energía oscura. Se atribuyen a la materia oscura y a la energía oscura los comportamientos inexplicables de las galaxias, tanto en su velocidad de ‘huída’ como de giro. Además la proporción en el Universo de materia oscura sería mucho mayor que la suma de toda la que conocemos en forma de galaxias. O sea: la materia que vemos en el Universo sería solo una pequeña parte de esa materia desconocida que hay en forma de materia oscura.

Objeciones y una puerta de escape

El problema es que tal singularidad inicial se asemejaría a un mega-súper agujero negro ‘XXL’ que contendría TODO el Universo. Y si es difícil pensar que de un agujero negro pudiera salir NADA. ¿Podría salir todo un Universo de un agujero negro tan descomunal como sería el de la singularidad inicial? Esta es una objeción importante, quizá la más importante. Pero luego está el asunto de la aceleración de la materia en movimiento. Este segundo fenómeno contraviene nuestra intuición acerca de que en todas partes del Universo deben regir las mismas leyes físicas ya que la materia situada más ‘al exterior’ debería ralentizar su marcha como consecuencia del tirón gravitatorio de la que está más ‘al interior’.

No menos importante es el concepto de que si hubiera habido un Big Bang ¿porqué toda la materia del Universo está ahora repartida en su volumen por todas partes en lugar de estar situada más o menos toda a la misma distancia del centro de la explosión formando lo que sería una enorme esfera? O sea: ¿cómo es que se han ido quedando tantas galaxias a mitad de camino después del impulso inicial? Por último, no se ha podido detectar ni saber nada concreto sobre la materia oscura ni sobre la energía oscura con excepción de efectos gravitatorios aparentemente anómalos. Son ‘fallos’ importantes de la teoría cosmológica actual.

Entonces, ¿de dónde ha salido toda la materia y la energía del Universo? En clase de Física nos contaban que, aparte del Big Bang, había otras hipótesis un tanto creacionistas, que afirmaban que la materia se produciría espontáneamente de la nada (nadie hablaba de los campos como compensación del desequilibrio en el balance igual a cero producido por una irrupción de la materia sin la contraprestación que suponen las fuerzas que la acompañan). Tampoco se le dedicaba más de un minuto al asunto y se le daba carpetazo, sin aclarar si esa aparición de la materia creada era simultánea en todas partes, o si seguía produciéndose un cierto tiempo.

Cuando se tuvo evidencia que ‘de la nada’, del ‘vacío’, podían aparecer pares de partículas de materia y antimateria para extinguirse un instante después, se abrió la mente a admitir que ‘el vacío’ o la ‘nada’, no estaba tan vacío, sino que era un mundo invisible a nuestros ojos, profundamente tensionado, con toda una multitud de interrelaciones increíblemente rápidas de ‘aparición-extinción’ en todas partes. Esto supone una puerta de escape: quizá podrían haber otros mecanismos para la irrupción de la materia en el Universo.

Yo creo (y esto no es la Física standard actual)

En este punto yo sigo la ‘estela’ de Edward Tryon, discipulo del premio Nobel de Física, Steven Weinberg. Tryon propuso, y estoy muy cerca de creerle, que el Universo surgió como el resultado de una fluctuación cuántica del vacío. Esta, si lo pensamos, sería una ‘solución’ igual de fantástica que la del Big Bang pero evitaría tener que creer que en un principio estaban recogidas y concentradas toda la materia y la energía del Universo en un punto como la singularidad del Big Bang.

Yo creo que en un principio el Universo estaba vacío y todo el estaba en un nivel cero de energía. Nótese que elegir el ‘cero’ es arbitrario: un número que representa arbitrariamente el valor del equilibrio. Lo captamos cuando en nuestra cuenta bancaria pasamos justo por el cero, cuando cambia de tener ‘algo’ a tener ‘deudas’ o viceversa. El cero existe.

Yo creo que no se habría producido pues ninguna explosión, sino el inicio de un proceso. Debió de haber aportación de una enorme energía de activación en un lugar concreto, como hace la cerilla, o mejor el rayo que enciende un fuego. Algo tiene que haber en el proceso, que ‘proteje’ a las partículas creadas así y evita que una vez recién formadas del vacío se aniquilen con antipartículas instantáneamente. También debe incluir algún mecanismo de catálisis para que el proceso progrese de forma regular a una velocidad importante. En efecto, debió de empezar un ‘cambio de fase’ que se fué extendiendo, como un ‘incendio’ (no de fuego sino una ‘ola’ de incendio cuántico) de magnitud colosal, desde algún lugar de ese espacio vacío hacia ‘afuera’, formando algo semejante una esfera (Tryon sugiere ‘burbuja’ y la llamaremos también así indistíntamente) cuyo borde se ampliaría a una enorme velocidad, digamos a la velocidad de la luz.

En ese proceso, partiendo de un Universo uniforme con un nivel cero de energía y totalmente vacío, en el borde o frontera de la burbuja creciente de cambio de fase cuántico, se iniciarían una infinidad de oscilaciones en cadena. El proceso se habría ‘contagiado‘ por radiación. Podemos imaginar que fué apareciendo la materia por todas partes por donde había pasado el fenómenal proceso y organizándose mediante los correspondientes campos cuánticos asociados e indisolubles de las partículas formadas.

Al tiempo que la MATERIA era una condensación de energía POSITIVA, la suma de los CAMPOS conservativos creados era una condensación de energía NEGATIVA, como ya vimos en el post anterior. En suma no se alteraba el equilibrio del espacio vacío que se fué llenando de materia y de campos de fuerza. En procesos secundarios, mientras la esfera de la reacción seguía su avance, la materia creó en todas partes conglomerados que llamamos átomos, como los de hidrógeno; estrellas, en cuyo interior se ‘hornearon’ las demás clases de átomos; y todos los cuerpos celestiales; llegando al final a producirse también ‘pozos gravitatorios’ que son los que llamamos agujeros negros.

Hoy en día, la burbuja reactiva del cambio de fase cuántico estaría situada más allá que la luz de más antiguedad que nos llega a los telescopios, y extendiéndose. Nunca la veremos en acción creando materia. Es decir, igual que del interior de los agujeros negros no nos llega ninguna luz, del exterior de la burbuja del cambio de fase cósmico no puede llegarnos tampoco ninguna luz. Esa ‘burbuja’, hacia su interior, se comporta como si su superficie fuera una singularidad. Recuerda un grabado de Escher.

Pero la fuerza gravitatoria que produce la enorme masa que se debe estar formando todavía, cada vez más ‘lejos’, es mayor (la superficie de una esfera es mucho más grande cuando más lejos está del centro) y se siente también dentro, sobre todo en las proximidades de la frontera en que se crea la materia. Esta suma mayor de masa atrae cada vez más intensamente los cuerpos más alejados, que siguen a la esfera reactiva en su movimiento hacia ‘afuera’, Eso explicaría el ‘corrimiento al rojo’ y la aceleración de la extensión del espacio. El fenómeno conocido como radiación de fondo de microondas sería un eco, no del Big Bang como se suponía, sino del cambio de fase durante la aparición de la materia y sus campos.

Hay mucho trabajo que hacer

Yo necesito más conocimientos matemáticos y por ello no puedo probar todas estas afirmaciones. Se trata de intuiciones físicas, pero me siento más conforme con esta burbuja creativa de Tryon que con el modelo generalmente aceptado hoy en día y seguido con los ojos cerrados y sin pensar al que hemos llamado ‘la gran explosión’ o Big Bang. Quizá esa nueva visión del vacío no como la ausencia de nada, sino como un nivel estable de energía, pueda servir para interpretar los efectos atribuidos a la materia oscura. Puede que apenas una pequeña parte del vacío ‘se ha convertido’ en materia y que toda la sustancia implícita en el vacío mismo sin transformar sea la responsable de fenómenos a gran escala aun incomprensibles como los de la materia oscura.

Conclusión

Por tanto, no es preciso que todo estuviera concentrado en un punto en el origen de los tiempos, cosa que por otro lado es absurda. No sabemos realmente nada de lo que se supone que ocurrió hace más de 13.000 millones de años, pero cuesta menos creer en la solución de la generación de la materia del vacío, mediante un proceso continuado, que en el ‘instantáneo’ Big Bang. La solución de la esfera del cambio de fase cuántico, si los cálculos acompañaran, sería elegante y explicaría la aceleración del movimiento de cuerpos cada vez más alejados y el reparto observado de la materia en todo el Universo. Quizá no estemos libres de que haya más cambios de fase, pero parece que ahora estamos en una zona relativamente estable y tranquila del Universo y podemos admirar la belleza que hay en los cielos.

De todas formas, desconfía de todo y tampoco te creas lo que digo. Es mejor pensar por si mismo.

Otro día hablaremos de otra gran explosión: la de la vida.