LA TEORÍA DEL BIG BANG, EL ORIGEN

Estoy seguro que en algún momento de nuestra vida nos hemos preguntado ¿cómo empezó todo? ¿Cómo surgió el Universo? ¿Cómo se generó el primer átomo? ¿Desde cuándo  respira  el tiempo? ¿Dios lo creó todo? o  es que todo se creó por acción del azar.

Desde hace varias décadas  la comunidad científica ha aceptado una teoría que puede explicar con evidente claridad el origen de la materia existente, es decir, el origen de las galaxias, los agujeros negros supermasivos, los planetas, los ríos, un ser vivo o  un delicioso mango ciruelo de mi tierra natal (Corrales - Tumbes). Esta teoría es conocida como el Big Bang, «la Gran Explosión». Si bien es cierto la mayoría de nosotros tenemos un esbozo general sobre esta teoría e inferimos que “hubo un gran estallido y a partir de allí se generó la materia”, también es cierto que  para el común de los mortales resulta muy ajeno la forma como se  conceptualizó y, sobre todo, cuáles son los sólidos argumentos científicos que soportan esta transcendental teoría, tan difundida y aceptada en el seno científico; aceptada luego de haberse confrontado con otra teoría, muy elegante por cierto: la “teoría del universo estacionario”.

Como soy prácticamente un lego en temas científicos, voy a intentar explicar de manera sencilla, lo que he podido entender, luego de haberme dejado llevar —de manera deliberada— por la curiosidad vehemente que causa en mí ser este tema tan misterioso: la  “Creación del Universo”.

Por muchos años la humanidad ha tenido impregnada la idea de que el Universo es inmutable, imperecedero, eterno; esto se debió básicamente a los postulados de Aristóteles hace cerca de 2,300 años, que fueron adoptados y defendidos por Ptolomeo y, también por la poderosa iglesia católica. Es más, por mucho tiempo  el cerco perimétrico del Universo fue el Sistema Planetario Solar (el Universo según Kepler), y por otro tiempo fue la Vía Láctea (el Universo según Hershel). En la actualidad sabemos que no es así; sabemos que nuestro Universo está en expansión y conformado por aproximadamente cien mil millones de galaxias, y cada galaxia tiene aproximadamente cien mil millones de estrellas. Esta revolucionaria conclusión surgió después de escrutar y analizar el Cosmos de manera científica y con la invaluable ayuda de instrumentos tecnológicos como los modernos telescopios. Pero antes de esta determinación—que el Universo está en expansión—hubieron mentes brillantes que participaron decididamente en el entendimiento de nuestro Universo y predijeron esta verdad extraordinaria: “el Universo está en expansión y que tuvo un principio”.

En esta lectura, vamos a dar algunas pinceladas sobre las ideas más resaltantes de esas ínclitas mentes y, sobre todo, las ideas más recientes. ¡Empecemos!

El movimiento de los planetas — planeta es una palabra de origen griego que significa “errante” — y de los demás astros celestes, siempre fue un acicate para que el ser humano reflexione acerca del Cosmos y/o del Universo. Isacc Newton (1642-1727), quiso entender porque se movían los planetas, es así que propone  la Teoría de la Gravitación Universal para definir la fuerza entre dos cuerpos, a la que él denominó «acción a distancia». Fue una elucubración innovadora; empero, Newton no tenía ni la más remota idea de cómo funcionaba esta fuerza, que se comportaba, según él, como una goma elástica invisible entre dos cuerpos celestes distantes.

Albert Einstein (1879-1955) quiso escudriñar aquella fuerza, la misma que Newton no había podido explicar. Es así que la proactividad de sus prodigiosas neuronas lograron discernir que el  espacio y el tiempo representan un solo ente, al que denominó «espacio-tiempo». El «espacio-tiempo» se comporta como un tejido, como una sábana inmensa, y la presencia de un cuerpo celeste curva este tejido generando una fuerza de atracción que compromete a los cuerpos cercanos. Para entender este concepto, imaginemos una cama elástica— por ejemplo aquellas que usan los gimnastas para hacer sus saltos y volteretas, o aquellas que hay en los juegos para niños—.Colocamos pelotitas de plástico (de 8cm de diámetro) en distintas partes de la superficie. Podremos apreciar que luego de colocarlas se mantienen estáticas, siempre y cuando no exista ninguna fuerza que impulse el movimiento de alguna de ellas. Luego, en el centro de la superficie colocamos una esfera de plomo (de 30 cm de diámetro). ¿Qué sucede? Seriamos testigos al observar, primero, que la superficie plana de la cama elástica se ha curvado hacia abajo, fundamentalmente por la masa de la esfera de plomo; y, segundo, que las pelotitas de plástico han sido atraídas hacia el centro de la cama elástica, justo donde está la esfera con mayor masa. Ahora, trocamos las pelotitas de plástico—de 8 cm—, por unas de plomo; veremos que cada una de ellas ha generado una curvatura hacia debajo de la cama; y es muy probable que ya no se acerquen tan a prisa a la esfera mayor, pero la fuerza aún está presente. Ahora imaginen que esa cama elástica es invisible, si, imaginen viendo como las pelotitas son atraídas hacia la esfera con mayor tamaño. Es así como funciona el Universo, así funciona la gravedad. Existe una fuerza de atracción entre los distintos cuerpos y cada uno ellos, curva el espacio-tiempo circundante. Esta es la explicación del movimiento de los astros en sus respectivas orbitas, incluyendo: satélites, planetas, cometas, sistemas planetarios y galaxias. A esta conceptualización magistral de Einstein sobre el cosmos, se le conoce como Teoría de la Relatividad General (la nueva teoría de la gravitación universal), que fue una adaptación de la teoría que publicó en 1905, la denominada  Teoría de la Relatividad Especial. Con la Teoría de la Relatividad General, Einstein intentó crear una sola, única y elegante teoría que enlace el mundo cercano con el Cosmos.

Tanto Newton como Einstein confiaban plenamente en el paradigma de un Universo estático, impertérrito y eterno. Einstein siempre quería saber  por qué Dios habría creado el Universo tal como es. Se preguntaba si Dios había tenido que elegir entre una serie de Universos, para poder quedarse con el nuestro. Pero la innovadora teoría de la gravedad  de Einstein le trajo varios dolores de cabeza y algunos cabellos caídos al ya famoso y admirado científico. La misma teoría que le había dado tanta fama, se convertiría en una piedra en el zapato o mejor dicho, ¡una piedra en cada zapato!

Tanto Einstein así como otros importantes científicos—que revisaron a profundidad las ecuaciones de  la Relatividad General—, se dieron cuenta que el Universo no debía ser estático, ni mucho menos inmutable. Si el universo fuera estático, la fuerza de gravedad no hubiera permitido que se desarrollen los planetas, ni las estrellas, ni siquiera hubiéramos podido disfrutar de un delicioso ceviche de conchas negras; simplemente no hubiera existido nada, ya que todo, según esta teoría, tiende a la atracción ¡Algo tan simple de entender!

Ante esto, asomó la soberbia y arrogancia de Einstein o si queremos etiquetarlo mejor, la falta de claridad mental del mismo, para no aceptar una realidad al menos latente teóricamente: “el Universo no debe ser estático”. Para mantener su idea de un Universo inmutable, Einstein acomodó las fórmulas de su Teoría de la Relatividad General; así pues, agregó la denominada «constante cosmológica» para solucionar el problema. Esto era una argucia matemática y representaba una fuerza que tenía la función de repeler a los cuerpos entre sí, y evitar que el Universo se contraiga—asegurando un Universo estático—; esta fuerza tiene la misma intensidad de la fuerza de la gravedad, pero en sentido contrario. Más tarde Einstein se iba a lamentar profundamente por esta estulticia y lo iba a considerar como el error más grande de su vida.

Fueron importantes lo trabajos del astrónomo holandés  Willem de Sitter (1872-1934)  y del meteorólogo ruso Aleksandr Fridman(1888-1925). Este último propuso la teoría de un universo en expansión, basado en la Teoría de la Relatividad General de Einstein. Pero como sucede muchas veces en la ciencia, nadie dio eco a este postulado en esa época—primera mitad de la década de los años veinte del siglo pasado—, básicamente porque iba en contra de la mente más brillante de los últimos tiempos.

Un desconocido, pero genial astrofísico y cosmólogo belga, con estudios en una de las mejores universidades del mundo: la Universidad de Cambridge, apareció en la escena científica mundial. George Lemaitre (1894-1966) era su nombre, y había estudiado profundamente la Teoría de la Relatividad General. George había sido alumno de otro gran científico: Sir Arthur Eddintong (1882-1944). Eddintong fue el que validó experimentalmente la Teoría de la Relatividad General de Einstein, y el encargado— sin proponérselo— de convertir al ex trabajador de la oficina de patentes de Suiza, en una celebridad mundial. George Lemaitre llega a la misma conclusión teórica que Fridman. Se dice que en ese tiempo—los años veinte de siglo pasdo— sólo dos personas a parte de Einstein podían entender a cabalidad la Teoría de la Relatividad General: Eddintong y Lemaitre.

Lemaitre desde la perspectiva científica plantea que el Universo está en expansión, asimismo, siendo coherente con su predicción, argumentó que si el Universo se está expandiendo, en algún momento del pasado éste debió ser más pequeño; en otras palabras, en un determinado momento tanto el tiempo como la materia  tuvieron un inicio. Esta fue su propuesta más atrevida, pero tenía lógica. A ese inicio, él lo denominó el «Átomo Primigenio», el cual tenía una densidad inimaginable, casi infinita, que explotó gracias a mecanismos cuánticos que promovieron un estado inflacionario a gran escala y en milésimas de segundos se expandió considerablemente formando toda la materia existente. Lemaitre consideraba que toda la materia se originó con la energía irradiada de una explosión colosal; fue una predicción innovadora y que calzaba con las predicciones teóricas basadas en la Teoría de la Relatividad General de Einstein. Se comenta que Lemaitre le explicó a detalle su teoría a Einstein, y el soberbio científico le dijo: “sus cálculos son correctos, pero su conclusión es abominable”; en otras palabras, vilipendió los postulados de Lemaitre.

Resumiendo esta primera parte, Einstein había ideado la Teoría de la Relatividad General, donde describía la fuerza que existe entre los cuerpos celestes. Había postulado el concepto de espacio-tiempo, y sobre todo, demostraba matemáticamente el porqué del movimiento en órbitas de los planetas. Al analizar y desarrollar las ecuaciones de la Teoría de la Relatividad General, ésta llevaba a la conclusión de que el Universo se estaba expandiendo. En esa época, se tenía la idea de que el Universo era estático, y Einstein convencido de esta conjetura se negó a darle crédito a su propia teoría, creando una constante cosmológica que cumplía la función de equiparar la fuerza de expansión y mantener el Universo en su estado de inacción, en estado inmutable. Lemaitre plantea que el Universo se estaba expandiendo, pero su mayor propuesta era que el Universo había tenido un origen, un comienzo, que todo había surgido de un «Átomo Primigenio», y que éste había explotado generando toda la materia existente. ¡Ah, me olvidaba! Este extraordinario científico era un sacerdote católico, monseñor Lemaitre.

Para que una teoría sea aceptada por la comunidad científica, debe ser validada con la experimentación o la observación; y sus predicciones deben ser contrastadas con las medidas que se realicen. Entonces debemos preguntarnos ¿Cómo se validó o corroboró la teoría del sacerdote belga? ¿Cómo se validó o corroboró que el Universo está en expansión? ¿Cómo se validó o corroboró que hubo una gran explosión? ¿Cómo se aceptó la Teoría del Big Bang? Vamos a desarrollar esta segunda parte y veremos la contundencia de la propuesta de Lemaitre.

En primer lugar, Lemaitre debía de luchar contra el encono y el óbice de una comunidad científica que no apreciaba esta teoría por considerarla apegada al creacionismo, y viniendo de un sacerdote católico con mucha más razón. Quien iba a dar crédito a esta ilusa teoría y no hacer caso a las consideraciones de Einstein, la mente científica con mayores dotes de genialidad. Pero ocurrió algo extraordinario. Desde el otro lado del mundo, en Norteamérica, desde las imponentes montañas que dominan la ciudad de los Ángeles, en los Estados Unidos, un incisivo y persistente astrónomo, algo sátrapa y altanero por cierto, haría un descubrimiento impresionante y que revolucionaria la imagen y concepción del Universo de esa época (la década de los veinte). Edwin Hubble (1889-1953) había observado el cielo nocturno por mucho tiempo desde un impresionante telescopio ubicado en Mount Wilson, y logró determinar que las manchas blancas nocturnas en el cielo, no son nebulosas o restos de gases, como se consideraba en ese tiempo, sino que eran galaxias como la nuestra—aunque en ese tiempo se las denominaba nébulas—. En otras palabras, en ese tiempo, nuestro Universo era la Vía Láctea y todo estaba circunscrito  en su entorno. Sin embargo, con este descubrimiento nos dimos cuenta que el Universo es mucho más grande de lo que habíamos pensado. Si bien es cierto, esto ya era un remezón en el seno científico, Hubble hizo otro descubrimiento: “Las galaxias se están alejando unas de otras”; y sobre todo “se están alejando a gran velocidad”. La velocidad de expansión es proporcional a la distancia entre ellas, es decir, mientras más alejadas están, más rápido se separan. Actualmente  a este descubrimiento se le conoce como “La Ley de Hubble”. Hubble había descubierto que el Universo se estaba expandiendo, Hubble había validado la Teoría de la Relatividad General, Hubble había validado en parte el postulado de Lemaitre. Einstein tenía la imperiosa curiosidad de conocer al “mayor Hubble” y se entabló una reunión alucinante entre el más afamado y extraordinario científico, con cabello hirsuto, y un astrónomo más o menos conocido, con una sobriedad y pulcritud al vestir, al mismo estilo inglés. Hubble invitó a Einstein a conocer las instalaciones de Mount Wilson, el mismo que quedó impresionado por la majestuosidad de la infraestructura. Einstein observó con atención todas las placas fotográficas que había realizado Hubble con el telescopio mientras escuchaba con atención las contundentes  explicaciones del astrónomo; e inclusive  Einstein observó detenidamente con este instrumento una estrella, una enana blanca. Luego de está estancia en Mount Wilson, Einstein aceptó que estaba equivocado al inferir un universo estático; la mente más brillante de esa época aceptaba—con las luces de la evidencia científica—  que el universo, nuestro universo, se estaba expandiendo, validando en parte a Lemaitre.

Recuerden que eran dos los postulados de Lemaitre: a) El universo está en expansión y, b) el Universo tuvo un inicio, hubo un átomo primigenio.

Cuando Hubble planteó la fecha estimada del nacimiento del Universo —con esto se podría validar el segundo postulado de Lemaitre, es decir, hubo un inicio—, los cálculos fueron paupérrimos. Hubble concluyó que el Universo debió haber nacido hace mil millones de años, cuando ya en ese tiempo se sabía que la tierra tenía cuatro mil millones de años; era a todas luces una inconsistencia total. Los métodos que Hubble había tomado para la predicción era correctos pero los cálculos estaban equivocados. Esta situación causó la mofa de la comunidad científica hacia el sacerdote belga y su innovadora teoría.

La teoría de Lemaitre era  una elucubración extraordinaria, plausible por cierto, pero salida de las sinapsis neuronales de un sacerdote católico, y que sin bien es cierto, tenía estudios científicos importantes, la clase científica no tomaba con interés los postulados de éste, por considerarlos una propuesta que enmascara el creacionismo. Es más, el mismo papa Pio XII —juntando agua para su molino— expresó que la teoría de Lemaitre era la representación del Génesis. Sin embargo, Lemaitre a través de una carta muy respetuosamente, dejó claro que el planteamiento de la  teoría obedece a un contexto netamente científico, y que las predicciones de la teoría deben ser comprobadas y verificadas desde ese contexto; otro es el tema religioso, y que transita por una cuerda separada, aunque hacia el mismo destino: saber la verdad. La ciencia se preocupa por el cómo suceden las cosas, mientras que la religión se preocupa por el porqué de las cosas.

Lemaitre tuvo que esperar varias décadas para saborear la alegría de escuchar la confirmación de sus predicciones: que el Universo surgió de una gigantesca explosión. Pero antes de esta conclusión esta teoría tuvo que enfrentarse a otra, elegantísima por cierto, la Teoría del Estado Estacionario.

Con Lemaitre arrinconado y con su teoría arrojada temporalmente al tacho de la basura científica, los cuestionamientos sobre la creación del Universo aún dominaba las cavilaciones nocturnas de varios científicos de la época ¿El Universo tuvo un inicio? o, ¿Siempre estuvo allí? La comunidad científica empezó a escuchar con atención los postulados de otro gran astrofísico británico, un carismático, elocuente y sarcástico Fred Hoyle, desde el Trinity College, también de Cambrige. Fred Hoyle junto con Tommy Gold y Hermann Bondi, plantearon la Teoría del Estado Estacionario. En resumen, esta teoría afirmaba que el Universo no era estático, que se estaba expandiendo —en concordancia con  el descubrimiento de Hubble—pero que siempre era el mismo, el volumen del Universo no cambiaba, se mantenía incólume, en un estado estacionario lo que permitía al Universo existir por toda la vasta eternidad. Para compensar la disminución de la densidad del Universo debido a la expansión, Hoyle plantéo que en algún lugar del Universo la materia se está creando de manera continua; este lugar era nada más ni nada menos, el corazón de las estrellas muy calientes y conceptualizó un fenómeno denominado Nucleosíntesis, que consiste en que a partir de las átomos de hidrógeno —con un protón— y a grandes temperaturas, los núcleos de éstos se sintetizan y  generan  nuevos átomos mucho más pesados —más de un protón— los mismos que se irradian al Universo; en otras palabras, el helio, berilio, carbono, nitrógeno e inclusive, el hierro que forma nuestros glóbulos rojos, el calcio de nuestros huesos, o el potasio de nuestras neuronas, se han formado en el útero hirviendo de las estrellas. Estamos hechos por las estrellas por las estrellas, literalmente hablando.

Ya en esa época se sabía que el elemento con mayor presencia en el Universo es el hidrógeno conjuntamente con el helio, ellos forman el 74% de la materia observable. Era una teoría elegante, plausible, pero cuando Hoyle se topó con las preguntas de algunos científicos enconados, los mismos que le preguntaron sobre el origen del hidrógeno, es decir, de donde se origina el hidrógeno, Hoyle no supo qué contestar. Sólo afirmó que el hidrógeno ha existido desde la eternidad; una respuesta que no satisfizo las expectativas de los científicos contrarios  a la teoría del estado estacionario. Irónicamente fue Fred, el que acuño el término “Big Bang”  para la teoría del átomo primigenio, en un espacio radial que conducía, y lo hizo para mofarse de la propuesta de Lemaitre. Hoyle, a pesar de no poder explicar cómo surge el hidrógeno se mantenía en el pedestal científico como la mente que más cerca estaba de explicar el origen de todo…pero apareció George Gamov.

El ruso Gamov se inclinaba por las predicciones de Lemaitre, y planteó una teoría que complementaba a la del monseñor. Gamov propuso que si el átomo primigenio o huevo cósmico (como él lo llamaba) dio lugar a una gran explosión, la radiación residual producto de ésta, debe estar allí, pululando en la inmensidad del espacio, y que nosotros en algún momento tendremos la capacidad de medirla o captarla, y al hacerlo, podremos determinar que hubo una gran explosión inicial.

El concepto de radiación residual es sencillo. Imaginemos que estamos a cinco (05) kilómetros de un lugar donde explotará una bomba atómica. Luego de la explosión, en pocos segundos la onda expansiva pasará por nuestro lugar arrasándolo todo, no quedaría nada, ni siquiera una canita de las miles que tengo. Este fenómeno seguirá expandiéndose por todo el espacio que sea necesario, de acuerdo a la intensidad de la explosión. Estoy seguro que luego de un tiempo, un año, dos años e inclusive 30 años, la zona cercana a la explosión aun tendrá rezagos de esa radiación, tal como ocurrió por ejemplo, con la explosión de la central nuclear de Chernóbil en Ucrania allá en 1986. Ese mismo concepto, aunque mucho antes, lo usó Gamov y un equipo de zagales científicos, para referirse a la radiación producto del Big Bang; ellos afirmaron que la radiación está allí en el Universo, sólo que no se tenían los instrumentos adecuados para poder medirla, él la denominó “radiación del fondo cósmico de microondas”.

Efectivamente, el suspiro del Big Bang estaba allí, susurrándonos al oído, pero no podíamos escuchar, hasta que aparecieron dos científicos que cambiaron la historia. Este acontecimiento fue el némesis de la Teoría del Estado Estacionario. Fueron, Arno Penzias y Robert Wilson, los mismos que estaban haciendo investigaciones en el campo de las telecomunicaciones para los Laboratorios Bell, que al instalar algunos equipos de comunicación (específicamente un radiotelescopio), empezaron a escuchar un ruido extraño y que era constante. Primero pensaban que era un tema relacionado con  excremento de palomas que había caído en las antenas, luego pensaban que era por la dirección y ubicación de las mismas, pero se percataron que este ruido venía de todas partes, no sabían que era y cuál era su origen. En ese mismo tiempo, Robert H. Dicke, Jim Peebles, y David Wilkinson, astrofísicos de la Universidad de Princeton  se disponían a buscar la radiación de microondas remanente del Big Bang. Penzias y Wilson buscaron a Dicke y le comentaron el extraño descrubrimiento. Dicke y sus colegas, luego de un minucioso trabajo, corroboraron  que las ondas relacionadas a este ruido venían del espacio exterior, este ruido era la radiación residual, el fondo cósmico de la gran explosión expresado en microondas, era la firma manuscrita del  Big Bang.

Es así que la comunidad científica aceptó mayoritariamente que el Universo surgió de una gran explosión; ya en la década de los 60 se tenían equipos más sofisticados, los mismos que permitieron determinar que la explosión ocurrió hace trece mil setecientos millones de años (días más, días  menos). Arno Penzias y Robert Wilson ganaron el premio nobel por el descubrimiento de la radiación del fondo cósmico de microondas. Gamov sería afamado por la comunidad científica, al elucubrar la teoría del fondo cósmico de microondas y  que complementaba magistralmente  la teoría de Lemaitre.

En un humilde hospital belga, en su lecho de muerte, el monseñor Lemaitre recibía las noticias de los últimos descubrimientos, su palpitar pusilánime contrastaba con la alegría de saber que sus predicciones acerca de la creación del Universo se corroboraban. Una teoría conceptualizada con un tamiz religioso para muchos, era confirmada por la exigente y enconada comunidad científica. El monseñor Lemaitre, no tuvo hijos, pero se le considera por unanimidad el padre de la teoría del Big Bang.