Más rápido que la velocidad de la luz (17 page)

Alan tenía un colaborador, Henry Tye, con quien abordó el problema de una manera no convencional. Comenzaron por buscar en la física de partículas modelos que
no
implicaran un universo superpoblado por monopolos magnéticos. Aparentemente, se trata de un enfoque ingenuo, pero no lo parece cuando lo contemplamos con más atención. La línea lógica de su razonamiento seguía la dirección contraria a las tendencias en boga: utilizaban la cosmología para indagar la física de partículas, como si la cosmología fuera una ciencia fiable. Siglos antes y en otro lugar, la Inquisición se habría interesado por ellos.

Para llevar a cabo su plan, tenían que estudiar en detalle el proceso de generación de monopolos magnéticos, lo que implicaba especializarse en un campo especial de la física de partículas, las transiciones de fase, procesos que generaron los monopolos magnéticos en las etapas iniciales del universo. Todos conocemos transiciones de fase en el caso del agua, que puede estar en estado sólido (hielo), líquido (lo que obtenemos cuando abrimos una canilla) o gaseoso. Estas tres versiones del agua se conocen habitual-mente con el nombre de fases: modificando la temperatura es posible desencadenar una transición de fase. La conversión de agua en vapor —también conocida como ebullición— y de agua en hielo —conocida como congelación— son ejemplos de transiciones de fase.

Los monopolos magnéticos se generaron mediante transiciones de fase que afectaron el material constitutivo de las partículas fundamentales, sólo que esas transiciones se produjeron a temperaturas de fusión que expresadas en grados se escriben con un 1 seguido de 27 ceros. La hipótesis de la existencia de esas transiciones de fase formaba parte indisoluble de las fructíferas teorías de la física de partículas que estaban en vigencia. Por otro lado, no es posible alcanzar esas temperaturas en un horno, ni siquiera en el más potente acelerador de partículas, de modo que no cabe suponer que alguien pueda jamás descongelar semejante "hielo". No obstante, si uno tomaba en cuenta un período suficientemente próximo al
big bang
, el universo en expansión podía ser el tipo de horno capaz de generar condiciones tan extremas. El universo en expansión se enfría a medida que va envejeciendo, de modo que en sus comienzos debió ser muy caliente.

Como otros que trabajaron antes en el tema, Alan y Henry descubrieron, más precisamente, que el universo debió tener una temperatura más elevada que la necesaria en el período comprendido entre el
big bang
y o, (19 ceros y un uno) segundos. Por consiguiente, en ese entonces, el material "sólido" de las partículas debió ser algo similar a "lava líquida". A medida que el universo se expandía y disminuía su temperatura, ese "líquido de partículas" primordial se fue congelando y constituyendo las partículas que conocemos. Según esta analogía, los monopolos magnéticos son como diminutas bolsas de vapor que el lector puede comparar con la niebla. Es lo que ha quedado de esa etapa de altísima temperatura, encerrado hoy en minúsculos núcleos. La cuestión es que la niebla primordial se parecía más a una emulsión de macizas balas de cañón. ¿Era posible evitar un universo ocupado totalmente por un espeso magma de monopolos superpesados?

Después de muchos ensayos y errores, Alan y Henry hallaron una salida. Descubrieron que en algunos modelos particulistas el universo se "super-enfriaba". Explicaré someramente el sentido de esta expresión: tomando agua muy pura, es posible disminuir progresivamente su temperatura por debajo del punto de congelación. De hecho, incluso es posible obtener agua super-enfriada por debajo de los -30º C. El líquido superfrío es sumamente inestable, de modo que el más tenue movimiento causa una explosión de cristales de hielo. En la naturaleza es posible encontrar agua y otros líquidos superfríos. Por ejemplo, la sangre de las ardillas árticas en hibernación puede enfriarse hasta -3 grados sin congelarse. Desde luego, sigue circulando, puesto que es un líquido, pero la menor perturbación puede causar su congelación y la muerte del animal, motivo por el cual no hay que molestar a las ardillas cuando hibernan.

En la física de partículas puede producirse un proceso similar. Alan y Henry sostuvieron equivocadamente que el super-enfriamiento eliminaba el peligro de la superpoblación de monopolos
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. Escribieron un artículo en el cual exponían su descubrimiento. Este artículo, pese a errores fundamentales, tuvo "efectos secundarios" que desencadenaron una revolución en la cosmología. En realidad, cuando estaban a punto de presentarlo, sucedieron dos cosas que terminaron en el descubrimiento inesperado del universo inflacionario.

En primer lugar, Henry abandonó el barco y Alan quedó librado a sus propios recursos. A decir verdad, son muy pocos los que saben a ciencia cierta que algo importante se aproxima, pero Henry estaba además sometido a muchas presiones para que dejara de trabajar en semejantes tonterías. Cuenta Alan que, por esa época, Henry había solicitado un ascenso y que uno de sus superiores le comentó que su trabajo sobre los monopolos era demasiado "esotérico" para fundamentar una promoción. Henry cometió entonces un error capital: escuchó lo que le decía un científico de más rango que tenía poder de decisión sobre su carrera cuando, en principio, deberíamos suponer siempre que esa gente es algo senil. Así pues, abandonó el extraordinario trabajo que venía desarrollando con Alan en una etapa decisiva.

Sin duda, Alan debe haber padecido presiones similares, si no peores. Con el tema de los monopolos, no sólo ponía en peligro su promoción, sino que estuvo a punto de acabar con su carrera científica. No obstante, librado a sí mismo, cometió la insensatez de proseguir. En Portugal hay un dicho popular que viene al caso: "Es lo mismo perder una carrera por cien metros que por mil". La carrera de Alan estaba ya tan descarrilada en ese momento que le daba igual continuar con un tema tan "esotérico" hasta el final.

Un asunto importante que no se había estudiado todavía era todo lo relativo a las propiedades gravitatorias de la materia superfría, cuestión que Henry había planteado poco antes de levantar campamento. Alan se propuso analizar qué tipo de gravedad surgía de una forma de materia tan insólita.

Al llegar a ese punto, hizo un descubrimiento asombroso: el material superfrío de sus teorías tenía una tensión tal que su efecto gravitatorio sería repulsivo, es decir: ¡se comportaba de manera similar a la constante cosmológica! Su comportamiento no era exactamente el mismo que el de Lambda, sino que parecía una Lambda temporaria que sólo actuaba cuando el universo estaba superfrío.

Una vez más, el más grande error de Einstein volvía a aparecer.

A diferencia de lo sucedido con Henry, a Alan no lo engañó el instinto. Se dio cuenta de que había hecho un descubrimiento que daba señales inconfundibles de ser toda una revolución. El entusiasmo lo dominó, y al día siguiente corrió a contarle sus deducciones a un colega eminente. Tal vez no deba sorprendernos saber que el otro recibió la noticia con frialdad y que su respuesta fue el siguiente comentario: "Lo increíble, Alan, es que nos pagan por esto". Evidentemente, Henry no era el único que no podía ver el extraordinario alcance de la nueva idea.

Es significativo que Alan haya pasado por alto esos comentarios y esas reacciones, de modo que llegó a un descubrimiento más asombroso todavía: ¡el universo superfrío, con su constante cosmológica temporaria, resolvía casi todos los enigmas cosmológicos! Por fin, los dos dioses enemigos —la física de partículas y la cosmología— se habían dado un abrazo. Según todas las apariencias, la física de partículas era el eslabón perdido necesario para explicar los más grandes misterios del
big bang.

En realidad, en esta teoría, el universo superfrío tiene sólo una aventura pasajera con la constante cosmológica, un amorío efímero con el error más grande de Einstein, travesura de primera juventud que Alan bautizó con el nombre de
inflación.
No es una expresión caprichosa, pues alude al hecho de que la constante cosmológica ejerce una repulsión gravitatoria y causa una expansión sumamente rápida del universo, de suerte que el impulso hacia afuera acelera la expansión en lugar de desacelerarla como ocurriría en el caso de la gravedad habitual, que ejerce atracción. Por consiguiente, el tamaño del universo aumenta enormemente durante ese breve episodio de su vida (así como las distancias entre los objetos arrastrados por la expansión cósmica). De ahí, el término
inflación
: en el período en que la materia fría domina en el universo, el tamaño de éste aumenta tan velozmente como el de un globo que se infla.

En realidad, la inflación actúa como si se administrara al universo bebé una dosis enorme de velocidad. La unión superfría de esos dos dioses enemigos fue ungida con anfetaminas, de modo que el universo se
infló
súbitamente, en lugar de meramente expandirse. Esa primitiva orgía expansiva del universo llega a un final abrupto apenas el magma de partículas superfrías se congela. Entonces, retorna la normalidad burguesa, el proceso recupera su nombre habitual de
hot big bang y la
expansión desacelerada vuelve a su curso normal.

No obstante, ese amorío de juventud con el error más grande de Einstein tiene consecuencias importantísimas para la vida posterior del universo. En la misma noche interminable en que concibió la idea del universo inflacionario, Alan descubrió también que, con la inflación, las inestabilidades habituales del modelo del
big bang
desaparecían. En lugar de un paseo por una cuerda floja, la planitud se transformaba en un valle ineludible por el cual tenía que transitar el universo inflacionario. Los horizontes se abrían y permitían que todo el universo observable se pusiera en contacto, reuniendo en una bella totalidad lo que antes parecía un infame mosaico de islas desconectadas. Una vez separado de la fase inflacionaria, el "ajuste" del universo era tan bueno que podía caminar por la cuerda floja sin caerse. La inflación resolvía todas las inestabilidades de la teoría del
big bang.
Los enigmas de la esfinge estaban a punto de resolverse.

Para explicar por qué la teoría de la inflación resuelve el problema del horizonte, debo empezar por confesar que hasta ahora he simplificado el problema. Como disculpa, debo decir que a menudo las simplificaciones son inevitables si uno pretende explicar la física sin recurrir a las matemáticas. Por otra parte, la versión que he dado del problema del horizonte es cualitativamente correcta para los modelos del
big bang
e, incluso, para los modelos de la velocidad variable de la luz. No obstante, no se ajusta a la expansión inflacionaria, porque en ese caso se pone en juego una sutileza. Se hace evidente entonces que al definir la distancia del horizonte hemos dejado de lado la interacción entre la expansión y el movimiento de la luz. Si prestamos a ese detalle la atención que le corresponde, allanaremos el camino hacia la solución inflacionaria del problema del horizonte.

Recordemos que el problema del horizonte surge porque, en cualquier momento dado, la luz —y por consiguiente cualquier interacción— sólo puede haber recorrido una distancia finita a partir del
big bang.
En consecuencia, en su más tierna infancia, el universo está fragmentado en horizontes, regiones que son invisibles entre sí. Ese mosaico de horizontes desconectados causa una enorme irritación en los cosmólogos, pues impide dar una explicación física, es decir, una explicación de ciertos fenómenos fundamentada en interacciones físicas, como la uniformidad del universo.

Nos gustaría que esa homogeneidad cósmica fuera consecuencia del contacto de todas las regiones del universo, de modo que la temperatura se equilibrara en una suerte de mar homogéneo. En cambio, en sus comienzos, el universo está dividido en una multitud de regiones que no tienen ningún contacto entre sí. En el marco de la teoría estándar del
big bang
, la homogeneidad sólo se puede alcanzar mediante una sintonía fina del estado inicial del universo, es decir, disponiendo minuciosamente las cosas de modo que esas regiones aisladas estén dotadas de las mismas propiedades. Es una solución sumamente artificiosa y, en el fondo, no se trata de una explicación sino de una confesión encubierta de la derrota.

Ahora bien, ¿qué tamaño tiene el horizonte exactamente? Dijimos que el radio del horizonte es igual a la distancia recorrida por la luz desde el
big bang.
Conforme a los cálculos más directos, esa definición significa que en un universo de un año de edad, el radio del horizonte es un año luz: la distancia que recorre la luz en un año. ¿Será verdad?

La respuesta es no, precisamente por esa sutileza que he mencionado hace un rato. Recorrer un universo en expansión acarrea una sorpresa: la distancia desde el punto de partida es mayor que la distancia recorrida concretamente, por la sencilla razón de que la expansión "estira", por así decirlo, el espacio que se va recorriendo. Hagamos una analogía. Pensemos en un vehículo que se desplaza a 100 km por hora durante una hora. Transcurrido ese tiempo, habría recorrido 100 km, pero, si entretanto el camino se ha estirado, la distancia medida desde el punto de partida será mayor que 100 km.

Podemos imaginar también una autopista cósmica construida sobre una Tierra que se expandiera muy rápidamente. Según el cuentakilómetros, en un viaje de Londres a Durham se habrán recorrido unos 480 km, pero la distancia real entre las dos localidades al final del viaje podría ser de 1.400 km.

Análogamente, en un universo de 15.000 millones de años, la luz habrá recorrido 15.000 millones de años luz desde el
big bang.
Sin embargo, su distancia al punto inicial sería de aproximadamente 45.000 millones de años luz. Haciendo los cálculos como se debe, esas son las cifras que se obtienen, o sea que, como resultado de este peculiar efecto, el tamaño actual del horizonte es el triple del que esperaríamos con un razonamiento ingenuo.

Este hecho no modifica la esencia del efecto horizonte en los modelos del
big bang.
Desde luego, el horizonte es más grande, pero se puede demostrar que aun así su tamaño aumenta con el tiempo, elemento clave del problema. Así, en comparación con su tamaño actual, el horizonte fue muy pequeño en el pasado y podemos aun llegar a la conclusión de que vemos los objetos muy lejanos, como fueron en un pasado remoto, cuando el horizonte era mucho más pequeño. Por consiguiente, podemos hallarnos fuera del horizonte de otra región y viceversa. De modo que la homogeneidad observada del universo pretérito y lejano sigue siendo inexplicable, porque sus múltiples regiones no pudieron estar en contacto, tengamos en cuenta o no este efecto que "triplica" las distancias
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