La inflación que salvó al universo

Justo después del Big Bang el universo enteró entró en un proceso de duplicación exponencial de tal magnitud que si al virus de la gripe le pasara lo mismo, en un chascar de dedos se haría mucho más grande que el universo.

 

Llegaba la hora de la incursión a medianoche en el mundo de la cosmología. A las once, su hijo Larry y su mujer Susan ya estaban acostados. Se dirigió a su despacho instalado en la habitación de invitados de su casa-rancho, situada tan cerca del Acelerador Lineal de Stanford (California) que podía ir a trabajar en bicicleta. El alquiler estaba por encima de sus posibilidades, pero allí iban a vivir sólo un tiempo: después volverían a Cornell.

Se sentó. Había silencio; era el mejor momento del día para trabajar. Abrió su cuaderno y escribió con letra pequeña encabezando la página: “EVOLUCIÓN DEL UNIVERSO. Me gustaría considerar los efectos de (1) una constante cosmológica, y (2) la congelación de grados de libertad en la evolución del universo”. Debajo escribió las ecuaciones estándar de un universo en expansión. Hacia la una de la madrugada, y después de tres páginas de cálculos, se encontró con una sorpresa: casi nada más nacer el universo entero se desbocaba.  A los 10-32 segundos de nacer (una cien millonésima de billonésima de billonésima de segundo) el universo había doblado su tamaño casi 1000 veces. Lo que esa noche del 6 de diciembre de 1979 había encontrado era de tal magnitud que si al virus de la gripe le pasara lo mismo, en un chascar de dedos se haría mucho más grande que el universo visible actual. A este proceso de duplicación exponencial su descubridor, Alan Guth, lo llamó inflación.

Gracias a este extraña idea Guth fue capaz de explicar uno de los misterios que trae de cabeza a los cosmólogos, porqué el universo es tan plano. Para entender lo que esto significa tengamos en cuenta que el futuro del universo está determinado por la cantidad de materia que hay en él. En esencia todo puede terminar de dos formas: en una expansión eterna o con una tremenda implosión, un Big Crunch. Es como estar a la orilla de un lago o dentro de él. Sin embargo hay un caso muy especial, que es cuando nos encontramos justo en el borde que separa el agua de la arena. Para estar ahí tenemos que afinar mucho nuestra posición. Lo mismo ocurre con el universo. Hay un caso especial que separa ambos destinos y corresponde a un valor muy concreto para la cantidad de materia del universo que recibe el nombre de densidad crítica. Pues bien, una de las sorpresas más increíbles que nos ha dado el universo es que su densidad es exactamente la crítica. Para conseguirla bastaría con que hubiera un ladrillo de un kilo por cada cubo de 500 millones de kilómetros de lado. Nada más pero tampoco nada menos. Que el universo esté tan bien ajustado era algo que no tenía una explicación convincente... hasta que llegó la inflación. Mediante este proceso de expansión superacelerada se borraron prácticamente todas las inhomogeneidades que pudieran haber surgido con la explosión inicial: la inflación “alisó” cualquier tipo de curvatura que hubiese en el universo.

A partir de esta idea otros cosmólogos, como el ruso Andrei Linde, han explorado otras posibilidades. Por ejemplo, ¿por qué solo tuvo que haber una época inflacionaria que afectara a todo el universo? Así nace la llamada inflación eterna o caótica.

Para entenderlo Linde propone considerar la siguiente analogía: imaginemos un balón de fútbol, con los hexágonos y pentágonos pintados de un color determinado. El proceso de inflación afecta al conjunto de todo el universo, pero de forma diferente en distintas regiones (los hexágonos y pentágonos del balón). Cada una de esas regiones crece en tamaño, como indica la inflación, de forma exponencial y sin conexión causal con ningún otro polígono: todos los que vivan en un pentágono marrón creerán que el universo es marrón, y los que lo hagan en el hexágono amarillo creerán que es de ese color. Trasladado a la cosmología, cada polígono/universo está dentro del balón/multiverso y su color son las leyes físicas que gobiernan ese polígono/universo en particular: en algunos serán muy simples y no habrán formado estrellas o galaxias, en otros pueden no permitir la aparición de la vida mientras que en otros tantos, como el nuestro, pueden ser verdaderamente prolíficos: todo depende del tipo de leyes que hayan aparecido. De este modo Linde y su colega el también físico teórico ruso Alexander Vilenkin, dan respuesta a otro de los grandes interrogantes de la cosmología: ¿por qué los valores de las constantes físicas universales son tal que permiten la aparición de la vida? Según la inflación caótica la respuesta es simple: entre toda la panoplia de universos nacidos de la inflación eterna es al que le han tocado los valores que permiten la existencia de vida.

Así es la parte de la cosmología que estudia lo que sucedió en los primeros balbuceos del universo: un puro ejercicio teórico, una búsqueda con papel y boli. Jamás podremos obtener ninguna prueba directa de lo que sucedió; es una época que siempre nos estará vedada. Resulta ciertamente chocante: el mayor derroche de energía conocido está envuelto por un velo de total oscuridad.

Referencia:

Guth, A. (1997). The Inflationary Universe: The Quest for a New Theory of Cosmic Origins. Perseus Books
Linde, A. (2004) "Inflation, Quantum Cosmology and the Anthropic Principle" en John Barrow, Paul C W Davies, and C L Harper, eds., Science and Ultimate Reality: From Quantum to Cosmos, Cambridge University Press

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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