É unha pregunta habitual cando se fala da orixe do universo.
E, aínda que pareza mentira, non é nova. Fai 1.600 anos, a cuestión foi
suscitada no ámbito teolóxico: "Que facía Deus antes de crear os Ceos e a
Terra?". Sen dúbida unha boa pregunta, á que San Agustín respondeu con
humor que Deus preparaba o inferno para os que fan este tipo de preguntas. Aparte
desta broma, San Agustín foi máis lonxe e afirmou, con sagacidade, que non ten
sentido preguntar en que empregaba Deus o seu tempo antes de crear o tempo. De
forma semellante, a pregunta "que pasou antes do instante inicial?"
non ten moito sentido. Pero, naturalmente, isto pode parecer un mero xogo de
palabras. A nosa intuición dinos que cada instante está precedido por outro,
polo que a idea dun "instante inicial", parece absurda. O problema é
que a nosa intuición baséase na nosa experiencia directa, e esa experiencia é
moi limitada. En canto saímos das escalas físicas humanas", a nosa
intuición adoita fallar clamorosamente.
A teoría
A teoría do Big Bang baséase, á súa vez, na teoría xeral da
relatividade, formulada por Albert Einstein en 1915, e que representa un dos
cumes do pensamento humano. Segundo a teoría da relatividade, o espazo e o
tempo non son, como podería parecer, magnitudes inertes e inmutables. Pola
contra, o espazo-tempo, como un todo, pódese estirar e encoller, curvar e
retorcer. A súa textura parécese máis á da goma que á do cristal. E a súa
xeometría está determinada pola materia e enerxía que contén. Todo isto son
conceptos revolucionarios e fascinantes. O espazo e o tempo non son o escenario
impasible dun gran teatro, dentro do cal ten lugar unha representación. A
teoría dinos que a forma dese teatro e a súa evolución temporal están
determinados polos actores que pululan dentro del, é dicir, a materia e enerxía
que poboan o universo.
É importante subliñar que a teoría da relatividade non é
unha mera especulación. As súas predicións comprobáronse nunha enorme variedade
de situacións físicas, ata o momento sen un só fallo. Pensemos, por exemplo,
que, desde o punto de vista relativista, algo tan familiar como a forza da
gravidade é simplemente a consecuencia da curvatura do espazo-tempo, producida
á súa vez pola presenza de grandes masas, como planetas e estrelas. De feito, a
teoría de Einstein predice que as forzas gravitatorias han ser tal como
prescribe a venerable lei da gravitación de Newton... con pequenas correccións
(ás veces non tan pequenas). E ata agora a natureza, "cando tivo que
elixir", sempre deu a razón a Einstein fronte a Newton.
Pois ben, cando se aplica a teoría da relatividade ao
universo como un todo, atópase que, necesariamente, este ha de pasar por unha
fase de expansión; é dicir, o espazo mesmo (con todo o seu contido) ha de
expandirse, igual que se incha un pastel no forno. Vista cos ollos da teoría de
Einstein, a expansión do universo prodúcese porque o espazo entre as galaxias
está a se dilatar; ou, noutras palabras, está a crearse espazo entre elas. Non
só iso, senón que o universo enteiro que observamos houbo de xurdir dun só
punto, nun instante inicial denominado Big Bang.
Por suposto, os conceptos anteriores non son fáciles de
visualizar. Podemos tentalo utilizando un modelo de universo simplificado,
dunha soa dimensión espacial (no canto das tres ordinarias) e unha temporal (o
tempo ordinario). Nesta imaxe, o espazo-tempo do universo tería unha forma
parecida a un xigantesco dedal, como o da figura. Nese debuxo o tempo avanza
cara arriba. Cada sección circular do dedal (é dicir cada anel) representa o
universo nun instante dado. A medida que avanza o tempo (e por tanto subimos
pola superficie do dedal), os aneis son cada vez máis grandes, como
consecuencia da expansión do universo.
O vértice inferior do dedal corresponde ao Big Bang: o instante
cero, no que todo o universo estaba comprimido nun punto. Nesta imaxe, viaxar
imaginariamente cara atrás no tempo significa deslizarnos cara abaixo pola
superficie do dedal. Pero, se unha vez alcanzado o instante inicial (Big Bang)
tentásemos proseguir na mesma dirección, atopariamos que regresamos cara a
adiante no tempo. É coma se paseando pola superficie terrestre dirixímonos cara
ao Sur. Nas nosas pequenas escalas podemos seguir camiñando nesa dirección de
forma indefinida, pero se chegásemos a alcanzar o polo sur terrestre,
comprobariamos que non é posible ir máis aló. Se insistimos en continuar a nosa
viaxe, atoparémonos camiñando en dirección Norte.
Notemos que no debuxo, a superficie de dúas dimensións, que
representa o espazo-tempo, está inmersa nun espazo de tres dimensións. Isto é
consecuencia dunha limitación do noso cerebro para imaxinar superficies
curvadas: temos que representalas mergulladas nun espazo tridimensional. Pero
matematicamente non hai ningunha dificultade para formular unha superficie ou
un espazo curvos, sen ter que recorrer a un mundo de dimensionalidad maior. No
noso exemplo, a superficie en forma de dedal que representa o espazo-tempo non
ten por que estar mergullada noutro espazo de máis dimensións. É un universo consistente
en si mesmo.
Por tanto, a resposta á pregunta "que había antes do
Big Bang?" é que nunca houbo un "antes do Big Bang. Fin da historia?
Podería ser, pero non é seguro.
Incógnitas
Fagamos unha pregunta alternativa á que dá título a este
artigo: É fiable a descrición que a teoría do Big Bang fai da orixe do universo
ata o preciso instante inicial? Podemos dicir que desde un segundo despois do
Big Bang en diante, a descrición da teoría é moi fiable, xa que nese momento
comezou o proceso de nucleosíntesis primitiva, do que temos probas
experimentais, concretamente a produción de elementos lixeiros (como helio ou
litio) que poboan o universo nas cantidades preditas pola teoría. Para
instantes anteriores, hai que pensar que canto máis recente era o universo, a
maior temperatura estaba. Por tanto, unha descrición fiable do que sucedeu
esixe coñecer como se comporta a materia a altísimas temperaturas. A física de
partículas proporciona unha teoría, o chamado Modelo Estándar, que describe con
extraordinario éxito o comportamento das partículas ata enerxías equivalentes a
unha temperatura de mil billóns de graos.
Isto corresponde aproximadamente a unha cenmilmillonésima de
segundo despois do Big Bang. En consecuencia, aínda que non dispoñemos de
probas experimentais, podemos remontarnos ata ese instante con bastantes
garantías. Pero se seguimos achegándonos ao instante inicial, nin sequera dispoñemos
dunha teoría fiable. É máis, a propia teoría xeral da relatividade, na súa
versión tradicional, mostra inconsistencias matemáticas nesas condicións
extremas. Por esta e outras razóns, é unha crenza estendida entre os físicos
teóricos que a teoría necesita modificacións. E cando se dispoña dunha teoría
aínda mellor, podería ser que atopemos sorpresas en torno ao instante inicial.
Pero, mesmo sen saírnos do marco teórico actual, existen modelos interesantes
que fan pensar nunha historia anterior ao Big Bang. Quede claro con todo que
aquí entramos xa no terreo da especulación.
Modelos
O chamado modelo de universo inflacionario baséase nunha
hipótese sobre o que puido ocorrer na época máis remota do universo. A idea é
que algún tipo de campo achábase fóra do seu mínimo de potencial. Noutras
palabras, o valor do campo non era o que facía que a súa enerxía fose mínima.
Esta situación tamén se denomina como "falso baleiro". As ecuacións
da relatividade predín que, nunha circunstancia así, o universo expandiríase de
forma vertixinosa, multiplicando o seu volume moitos billóns de billóns de
veces nunha pequenísima fracción de segundo. Cando finalmente o valor do campo
caeu ao seu mínimo, é dicir ao baleiro verdadeiro, toda a enerxía acumulada nel
transformouse na materia e enerxía que hoxe enche o universo.
Hai que dicir que o universo inflacionario é algo máis que
unha pura especulación, posto que cultivou grandes éxitos, por exemplo a
predición correcta da densidade de materia e enerxía que realmente presenta o
noso universo. Se o modelo é correcto, na súa época máis primitiva o universo
expandíase de forma desbocada e só contiña ese campo primixenio. Entón, en
certos puntos, ao azar, o campo caeu ao seu valor de mínimo, é dicir ao baleiro
verdadeiro. Nestes puntos formáronse burbullas sen carga verdadeira que
empezaron a crecer. Cada burbulla corresponde a un Big Bang ordinario, que dá
lugar a un universo independente. Neste escenario, o noso universo non é máis
que unha pequena burbulla que se acende e apágase, inmersa nun universo global
que se expande salvaxemente. Non queda claro no modelo cando e como foi o
inicio dese universo global do que xurdiu a nosa burbulla, é dicir como foi o
verdadeiro instante inicial (en contraposición ao noso "Big Bang
doméstico").
Mencionemos tamén que hai modelos, altamente especulativos
(e controvertidos) baseados na teoría de cordas, que recuperan a antiga idea
dun universo cíclico, denominado nesta versión universo ecpirótico, nunha forma
sofisticada e invocando a existencia de dimensións extras. Nestes modelos, a
fase de expansión do universo está precedida por unha fase de contracción, que
dá lugar a unha especie de rebote cósmico. Este esquema podería continuar de
forma indefinida, é dicir, o universo actual podería terminar nunha contracción
global, que, tras un novo rebote, dese lugar a un novo Big Bang, e así
sucesivamente, tanto cara a adiante no tempo como cara atrás.
En conclusión, posiblemente non houbo nunca un "antes
do Big Bang", o que en si mesmo non suporía unha contradición lóxica. Con
todo, o preciso instante inicial está baixo sospeita teórica, e hai modelos
interesantes que propoñen unha historia anterior a ese instante cero do noso
universo.
