El antes, el durante y el después caracterizan, de por sí, a todo sistema deter- minista; sin embargo, a la hora de la descripción matemática de tal proceso, mu- chas veces se recurre a ciertos artilugios que, a pesar de causar cierta perplejidad
a priori, a la postre resultan tan elegantes y convincentes que luego nos acostum- bramos rápidamente a ellos4. Empero, cuando tenemos que describir el “origen de todo”, aquella sucesión temporal parecería carecer de sentido.
Con el objeto de indagar en esta génesis, en los primeros años de la década de los ‘80 del siglo XX el físico italiano Carlo Rubbia gozaba de la atención cientí-
3 Corrimiento de la frecuencia electromagnética hacia valores menores debido a que el emisor se encuen- tra en movimiento relativo respecto al observador (con rapidez v formando un ángulo q) debido al efecto Doppler. Matemáticamente, su expresión general viene expresado por , siendo c la rapidez de la luz en el vacío. Desde el punto de vista de la Cosmología, se interpreta que es el espacio el que se está expandiendo y produce tal corrimiento, por lo que al mismo se le suele llamar corrimiento al rojo cosmoló- gico y viene expresado por , siendo a el factor de escala cosmológico.
4 Quizás el ejemplo más famoso sea la delta de Dirac, límite puntual de una sucesión de funciones de distribución introducida ad-hoc por el físico inglés Paul Dirac (1902-1984), que representa un impulso “infinito instantáneo” y localizado en el espacio, con energía finita. Sus propiedades simplifican magistral- mente aquellos fenómenos físicos de gran impacto y de muy corta duración.
fica mundial. El entonces instrumento “estrella” en el CERN5 era el colisionador de protones-antiprotones (formado por un tubo en forma de anillo de varios kilóme- tros de circunferencia instalado en cavernas subterráneas, por donde se hacían colisionar partículas con rapidez relativista mediante campos electromagnéticos bidireccionales), el cual estaba siendo utilizado para buscar un nuevo tipo de par- tícula (predicha décadas atrás) mediante colisiones de alta energías: el mensa- jero de la fuerza débil6 (W-). A mediados de enero de 1983 el momento ansiado llegó…en conferencia de prensa se anunció su descubrimiento. Dos décadas atrás cada una de las cuatro fuerzas fundamentales se ocupaban de una teoría distinta, pero de ellas solo una, la Electrodinámica Cuántica7 funcionaba correctamente. El descubrimiento experimental de la partícula W- cerró un círculo conciliador entre teóricos y experimentales.
Con la Teoría Cuántica de Campos8 se comprendió que el “vacío” no era lo que, durante mucho tiempo, (quizás) intuitiva o ingenuamente se creía: una gran región de espacio libre de partículas, campos y ondas. Los físicos aprendieron que podían aparecer partículas “de la nada” con energías a muy corto plazo y, por lo tanto, de vida muy corta. Si bien no pueden verse, pueden dejar ciertos ras- tros; actúan como “partículas virtuales” similares a las mediáticas W-, pero nada transmiten ni emiten, “sienten” pero no “comunican”.
Esto cambió significativamente el concepto de vacío inerte e inocuo, trans- formándolo en una plétora de partículas virtuales; y más aún, ni el mismo estado de reposo lo es en sí mismo, debido al intrincado “enjambre” de partículas vir- tuales alrededor. Y si el vacío estaba “lleno” de partículas virtuales, ¿por qué no pensar en diferentes estados de energía también? Y así surgió el concepto de 5 CERN es el acrónimo del Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (Consejo Europeo para la Inves- tigación Nuclear). Fundada en 1954 con sede en Ginebra (Suiza), representa el centro de investigación en Física de Partículas más importante del mundo.
6 Los físicos reconocen cuatro fuerzas fundamentales: gravitatoria, electromagnética, fuerza débil y la fuerza nuclear fuerte (o gluón). La búsqueda de la unificación de ellas en una sola teoría sigue siendo hoy uno de los “santo grial” de la Física.
7 Teoría que describe los fenómenos que implican las partículas eléctricamente cargadas que interactúan con los fotones por medio de la fuerza electromagnética. En 1965, Tomonaga (1906-1979), Schwinger (1918-1994) y Feynman (1918-1988) recibieron el Premio Nobel de Física por sus contribuciones al desa- rrollo de la misma.
8 En ella, se aplica los principios de la Mecánica Cuántica a los sistemas de la Física Clásica de campos continuos (p.ej. campo electromagnético), haciéndolo equivalente al de un sistema de partículas con den- sidad variable (admitiendo la creación y aniquilación de las mismas).
“estados excitados del vacío”. ¿Y si en uno de estos estados9 del universo actuara una fuerza de repulsión cósmica de tal magnitud que provocara una inmediata y colosal expansión (similar al modelo imaginado por de Sitter explicado en el capítulo III) salvo que su expansión no fuera tranquila sino que lo hiciera duplican- do su tamaño cada 10-34 segundos? Esta expansión descontrolada fue bautizada como “inflación” en 1981 por Alan Guth (1947- ) y representa lo que se conoce como modelo inflacionario.
¿Coordenadas del “Big Bang”?
Todos nos preguntamos alguna vez dónde habría sucedido el “Big Bang”, con nuestra concepción de espacio-tiempo que nos permite especificar alguna direc- ción en él y señalar “¡fue allí hace catorce mil millones de años!”. Quizás el nom- bre de este fenómeno cosmogónico nos anime a suponer un evento explosivo acompañado de uno expansivo a partir de algún punto de ignición. Lamentable- mente esto no es tan simple y la respuesta dejaría a muchos entusiastas del tema completamente perplejos: ocurrió en todas partes y en ninguna parte.
Aclaremos esta última expresión. Existe un principio cosmológico que afirma que ningún punto en el Universo es especial. Si existiera un lugar donde hubiera sucedido el “Big Bang”, claramente sería “muy especial” y contradeciría tal pre- cepto. Más aún, tanto el espacio como el tiempo en sí mismos son hermanos ge- melos, ya que fueron creados simultáneamente en dicho suceso, mientras que un evento explosivo implicaría una expansión de materia en un espacio ya existente. Por lo tanto, si elegimos un lugar en el Universo y pudiéramos volver el tiempo hacia atrás, llegaríamos al punto inicial de tal “explosión” y, en este sentido, el “Big Bang” ocurrió en todo punto del espacio. Por otro lado, la ubicación del “Big Bang” no tiene sentido porque el espacio en sí mismo ha ido creándose y expandién- dose y modificándose a partir de este evento, por lo que hoy (con algún sistema de coordenadas actual) no sería posible especificar el lugar donde se inició todo.
Una interesante y simple interpretación bidimensional de esto la proporciona Liddle (2003) al imaginar al universo como una esfera en expansión: en cualquier 9 A estos estados metaestables sin campos ni partículas pero con elevadas densidades de energía se los denominan “falsos vacíos”. Algunos autores recientemente comenzaron a utilizar una noción generalizada de falsos vacíos, definiéndola como un estado similar al vacío con una densidad de energía que cambia lentamente. La diferencia entre esta definición y la estándar es muy sutil, pero permitió resolver todos los problemas de la vieja teoría inflacionaria como veremos más adelante.
instante el espacio sería la superficie de la misma, la cual se incrementa con el tiempo. El “lugar” donde empezó la expansión sería el centro de la esfera pero, como sabemos, dicho punto no pertenece a la esfera donde estamos nosotros. Por lo tanto, como vivimos sobre ella no tenemos acceso (información) al centro de la misma, el origen de la “gran explosión”; sin embargo, todos los puntos de la esfera fueron alguna vez el centro de la misma, es decir, el lugar donde habría ocurrido el origen del universo.