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.

(Editado 2026-04-14)

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 aparente expansión en el Universo, detectada en las mediciones realizadas mediante el uso del Efecto Doppler, del movimiento de estrellas y galaxias, que están alejándose, desde nuestro punto de vista, conocida por el ‘corrimiento hacia el ‘rojo’ de las líneas espectrales’.

* 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 (que se conoce también como modelo Lambda-CDM) 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 debería haber una forma de energía de origen y efectos desconocidos que le llaman energía oscura. También existiría una clase de materia indetectable por los medios disponibles, que los astrónomos llaman materia oscura responsables de la aceleración de la expansión y del movimiento anómalo de las estrellas en las galaxias.

Objeciones y una puerta de escape

• La singularidad inicial del modelo standard 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.
• 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?
• Por último, no se ha podido detectar ni saber nada concreto sobre la materia oscura ni sobre la energía oscura con excepción de los efectos gravitatorios aparentemente anómalos.

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 creacionistas, que afirmaban que la materia se produciría espontáneamente de la nada.

¿Y si todo comenzó como un PROCESO, y no como un Big Bang (según afirma la Física standard actual)?

Fluctuaciones cuánticas

Edward Tryon (discípulo del premio Nobel de Física, Steven Weinberg), propuso (al principio informalmente) en el transcurso de una conferencia del gran astrofísico Denis Sciama, que el Universo surgió como el resultado de una fluctuación cuántica del vacío. Esta, si lo pensamos, aunque esa fluctuación fuera también explosiva en su crecimiento en el modelo de Tryon, sería una ‘solución’ alternativa a la singularidad. Suena 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 en la singularidad del Big Bang. Alan Guth, poco después trabajó sobre la inflación cósmica retomando la inicial propuesta de Tryon de la fluctuación cuántica como origen del Universo.

Quizá en un principio el Universo estaba vacío, muy frío y todo él 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.

Pero ¿cómo pudo ser el principio y cómo posiblemente se diferenciara, tanto del Big Bang como de las ideas de Tryon y Guth en lo que respecta a la gran explosión en el origen?

Modelo propuesto

• Podemos imaginar una nueva vía para modelizar cómo pudo comenzar ‘todo’ consistiría en imaginar el inicio de un proceso, no la gran explosión de una singularidad en un único episodio. ¿Pudo haber en el inicio un estado de activación de carácter desconocido, semejante al arranque de UN PROCESO, ‘cuántico’, no necesariamente caliente, que inició un ‘cambio de fase’ progresivo de áreas crecientes del espacio vacío?
• Tendría que haber algo en el proceso, que actuaría de ‘protector’ de las partículas creadas así, que evitaría que una vez recién formadas del vacío se aniquilaran con sus antipartículas instantáneamente. También debió incluir algún mecanismo de auto catálisis para que el proceso progresase de forma regular a una velocidad importante.
• ¿Debió de empezar ese ‘cambio de fase’ de forma que se fue extendiendo desde algún lugar de ese espacio vacío hacia ‘afuera’, formando algo semejante una esfera? (Tryon sugiere llamarla ‘burbuja’ y usaremos también indistintamente ese término.) ¿El borde activo de la esfera se expandiría a gran velocidad, cercana (pero nunca superior 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 (de ahí la alta velocidad de propagación). La materia de habría creado por todas partes por donde había pasado la frontera del fenomenal proceso, organizándose mediante los correspondientes campos cuánticos conservativos asociados e indisolubles de las partículas formadas (gravedad, electrostático, etc).
• Al tiempo que la MATERIA es una condensación de energía POSITIVA, la suma de los CAMPOS conservativos creados es una condensación de energía NEGATIVA, como ya vimos en el post anterior. En suma, no se habría alterado el nivel ’cero’ del equilibrio del espacio vacío que se fue llenando de materia y de campos de fuerza conservativos.
• En procesos secundarios, mientras la esfera de la reacción seguiría su avance, la materia creó en todas partes, conglomerados, que llamamos átomos, como los de hidrógeno; estrellas, en cuyo interior calentado hasta altísimas temperaturas por efecto de la compresión gravitatoria, se ‘hornearon’ las demás clases de átomos; y todos los demás cuerpos celestes; llegando al final a producirse también ‘pozos gravitatorios’ que son los que llamamos agujeros negros.

Hoy en día

Hoy en día, si este modelo fuera consistente, la burbuja reactiva del cambio de fase cuántico estaría situada más allá que la luz de más antigüedad 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 comportaría como si su superficie fuera una singularidad. Recuerda un grabado de Escher.

Pero la fuerza gravitatoria que puede producir la enorme masa que se estaría formando todavía, cada vez más ‘lejos’, sería cada vez mayor (debido al crecimiento de la superficie de la esfera conforme más aumenta su radio) y se sentiría también ‘dentro’, sobre todo en las proximidades de la ‘frontera’ en que se estaría creando la materia. Esta suma mayor de masa atraería cada vez más intensamente los cuerpos más alejados, que seguirían a la esfera reactiva en su movimiento hacia ‘afuera’, Eso explicaría el ‘corrimiento al rojo’ y la aceleración de la extensión del espacio. El espacio quizá es más caliente que el cero absoluto por efecto de la radiación estelar. 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 y la radiación sumada de todas las estrellas existentes.

Hay mucho trabajo que hacer

Desde luego se necesitan matemáticas para poder probar estas intuiciones físicas algo heterodoxas, con un modelo de burbuja creativa inspirada en la idea de Edward Tryon, pero añadiendo el concepto de PROCESO, en contraste con el modelo generalmente aceptado del Big Bang.

Viene a cuento mencionar ahora la aportación de un investigador como D. L. Hotson que nos recordó la idea de Paul Dirac sobre un mar de energía negativa en el vacío (aunque ese mar de Dirac no es exactamente lo que significa que los campos necesariamente aparecen y coexisten con la materia). Por tanto, no parece tan descabellado pensar en un vacío potencialmente activo y en energías negativas. Habla Hotson en su interesante paper de un «infinite, and unobservable Bose-Einstein Condensate (BEC)«. Al fin y al cabo, los campos conservativos asociados a la inmensidad de materia existente en el Universo hacen que estemos envueltos siempre en un mar de energía negativa gravitatoria, que parece sustentar la inercia…

Conclusión

Por tanto, a lo mejor no es preciso que todo estuviera concentrado en un punto en el origen de los tiempos para que sucedan todo lo que ahora existe, cosa que por otro lado parece 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 y equilibrado ‘a domicilio’, que creer en un ‘instantáneo’ Big Bang ‘centralizado’. La solución propuesta, de la esfera del cambio de fase cuántico, si matemáticamente fuera consistente, 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 ti mismo. Sirva también este post como homenaje a los grandes genios de la Astrofísica que nos han mostrado el acceso a tan interesantes y prometedores conocimientos, pues aunque no tenemos aún una teoría suficientemente fiable del origen de todo, al menos ellos se esforzaron por crear modelos para su estudio. Como tituló Stephen Hawking su famoso libro, estamos caminando «a hombros de gigantes«.

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