Esta es la teoría que dice qué había antes del Big Bang

Uno de los problemas que tiene la física y que todavía ha sido incapaz de resolver es que sus dos grandes teorías, la relatividad general y la teoría cuántica, se llevan como el perro y el gato. Aunque llevamos más de medio siglo buscando una teoría cuántica de la gravedad, la verdad es que los resultados son bastante decepcionantes.

Que la relatividad general y la teoría cuántica se lleven tan mal tiene profundas consecuencias en el mundo de la cosmología. La primera describe perfectamente el movimiento de planetas, estrellas y galaxias y nos ha llevado al descubrimiento de la expansión del universo (de hecho, se dedujo primero teóricamente y luego se encontraron las pruebas experimentales); es imposible entender la estructura a gran escala del universo sin ella. La segunda es la teoría más completa y fundamental que hemos desarrollado: nos permite comprender cómo funciona la naturaleza en su nivel más ínfimo. Y aquí está el problema: cuando comenzó el universo, hace unos 14.000 millones de años, las densidades de materia y energía era extremadamente altas y el universo entero no llegaba a tener el tamaño de un átomo de hidrógeno, por lo que las consideraciones cuánticas son fundamentales para comprende lo que sucedió. El tejido del espacio-tiempo, que para la relatividad no es otra cosa que una cama elástica continua, sufre importantes fluctuaciones producto de que hemos descendido al nivel cuántico. Son estas fluctuaciones las que nos vemos incapaces de explicar y mucho menos comprender; sin una teoría cuántica de la gravedad no podemos decir qué es lo que explotó. Y todo porque la gravedad se resiste a ser cuantizada.

Los físicos tienen la esperanza de que una gravedad cuántica eliminará la singularidad primordial a la que conduce sin remedio la relatividad general. Al igual que pasa en el centro de los agujeros negros, la teoría de Einstein predice que en el momento inicial toda la masa y energía del universo estaba concentrado en un punto matemático sin dimensiones. Eso quiere decir que todas las cantidades físicas toman un valor infinito, y cuando eso sucede en una teoría es señal de que algo no va bien. Es aquí donde entran en juego la conocida teoría de cuerdas y la otra teoría competidora, la teoría cuántica de bucles, aparecida en 1986 de la mano del físico hindú Abhay Ashtekar: según ella el espacio-tiempo está compuesto por 'lazos' y bucles de dimensiones infinitesimales; esto es, que el propio espacio-tiempo es discreto, está “atomizado”.

En los últimos años han surgido diferentes propuestas que, con los pies puestos en las dos teorías anteriores, pretenden explicar lo que sucedió en el momento de la Gran Explosión. No es de extrañar, pues todo el mundo quiere ser quien resuelva el problema. Una de ellas que en la actualidad tiene bastante predicamento es de origen netamente europeo y tiene el esotérico nombre 'red lorentziana de gravedad cuántica', pero es más conocida como Triangulación Dinámica Causal. Formulada en 2006 por los físicos Renate Loll, Jan Ambjørn y Jerzy Jurkiewicz, surge como el camino de en medio en la pelea por la cuantización de la gravedad.

Todos quienes trabajan en ello saben que seguramente habrá que tomar decisiones drásticas respecto a la relatividad general o la teoría cuántica, pero discrepan sobre en qué dirección tomarlas. Para los físicos de cuerdas la teoría cuántica es esencial y si hay que mutilar la relatividad general para que al final se ajuste a ella... no debe temblarle la mano a nadie. En el otro extremo se encuentran aquellos que piensan que la relatividad general es sacrosanta y debe ser respetada a toda costa: si hay que aplicar algún tipo de cirugía es a los fundamentos de la mecánica cuántica.

Un ejemplo de este enfrentamiento es lo que el teórico de cuerdas Leonard Susskind bautizó como la Guerra de los Agujeros Negros: Stephen Hawking, un profundo relativista, defendía que la información desaparecía dentro de los agujeros negros; Susskind, cuántico convencido, afirmaba que eso violaba una de las leyes fundamentales del universo, la conservación de la información. La pelea -científica, no personal- se zanjó con el triunfo de Susskind. Al menos por el momento.

Lo interesante de la cosmología que se deduce de la gravitación cuántica de bucles es que dice resolver el problema de lo que sucedió antes del Big Bang: habitualmente se supone que la Gran Explosión marcó el comienzo de todo, tiempo incluido. En la teoría cuántica de bucles nuestro universo surge de lo que han dado en llamar un Gran Rebote: un universo anterior al nuestro colapsó pero no llegó a convertirse en una singularidad, sino que un poco antes, cuando la densidad de energía alcanza un valor crítico, los efectos cuánticos hacen aparecer una fuerza repulsiva. Como podemos suponer, esto produjo un rebote a partir del cual se formó el universo en el que hoy vivimos.

No estamos ante una idea nueva: los cosmólogos Robert Dicke y James Peebles ya jugaron con ella en los años 60, pero sólo hacia finales de los 80 y principios de los 90 se tomó más en serio esta idea que conlleva la idea de rebotes múltiples, siguiendo un ciclo infinito de colapsos y expansiones. El problema es que para asumir esto hay que imponer fuertes modificaciones a la teoría, pues en la relatividad general no hay nada que diga que el universo rebotaría si se convirtiera en una singularidad. Demasiadas novedades.

El principal problema de este juego matemático es que no hay manera de comprobar experimentalmente si esta visión del origen del universo tiene algún viso de realidad. Y lo peor es que nadie sabe qué demonios hay que buscar.

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Miguel Ángel Sabadell

Miguel Ángel Sabadell

Me licencié en astrofísica pero ahora me dedico a contar cuentos. Eso sí, he sustituido los dragones y caballeros por microorganismos, estrellas y científicos de bata blanca.

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