En el principio

Ésta es la situación que enfrentan los científicos cuando tratan de explicar cómo se creó nuestro universo y cómo esas primeras condiciones produjeron lo que podemos observar y medir hoy en día. En su libro, Brevísima Historia del Tiempo (2005), el físico teórico británico Stephen Hawking intenta explicar, entre otras cosas, el primer estado de nuestro universo. Él y su colaborador Leonard Mlodinow, quien tiene un doctorado en física teórica e imparte clases en Caltech, preguntan: «¿Qué sabemos realmente acerca del universo y cómo es que lo sabemos? ¿De dónde surgió el universo? ¿Hacia dónde se dirige? ¿El universo tuvo un principio? Y, si fue así, ¿qué sucedió antes?».

Éstas son preguntas para las que la humanidad ha buscado respuesta por mucho tiempo y, como señalan los autores, «aún seguimos anhelando saber por qué estamos aquí y de dónde venimos».

Empero, ¿cómo podemos saber las respuestas a estas preguntas sin consultar fuentes de información? Lo que Hawking y Mlodinow ofrecen es esto: «Actualmente contamos con poderosas herramientas: herramientas mentales como las matemáticas y el método científico, y herramientas tecnológicas como las computadoras y los telescopios. Con la ayuda de estas herramientas, los científicos han reunido muchos conocimientos del espacio».

¿Eso quiere decir que estamos a punto de encontrar las respuestas a algunas de nuestras preguntas más apremiantes?

MIRANDO AL PASADO

Los telescopios nos permiten escudriñar el universo, y así, retroceder en el tiempo. Por ejemplo, el telescopio espacial Hubble ha producido imágenes de galaxias en sus primeras etapas de desarrollo, hace más de 12 mil millones de años. Otros telescopios exploran el cielo a longitudes de onda infrarrojas y de microondas, más largas que las de la luz visible. Se espera que el satélite Planck, lanzado recientemente, proporcione más detalles sobre la radiación cósmica de microondas (RCM), la cual se considera que contiene pistas vitales acerca de los orígenes.

Aun cuando es posible echar un vistazo al pasado, sigue siendo difícil sacar conclusiones firmes de los principios del universo. Paul J. Steinhardt, Profesor Albert Einstein de Ciencias en la Universidad de Princeton y director del Centro de Ciencia Teórica de esa universidad, ha trabajado con Neil Turok, ex director de Física Matemática en Cambridge y actual director del Instituto Perimeter de Física Teórica en Waterloo, Ontario. En su libro, Endless Universe: Beyond the Big Bang [Universo sin fin: Más allá del big bang] (2007), describen la cosmología como «el estudio del origen y la evolución del universo». Debido a que los científicos no pueden realizar experimentos directos en el universo o viajar al pasado, los coautores sugieren tener un alto nivel de cautela: «Lo mejor que pueden hacer es recabar información indirecta acerca de la historia del universo por medio de meticulosas observaciones de objetos distantes que emitieron su luz mucho tiempo atrás, y tratar de reconstruir una explicación lógica».

Muchos científicos han trabajado en partes del rompecabezas que conforma nuestro universo. Utilizando todas las herramientas a su disposición, pero sin contar con el relato escrito de un testigo ocular y con límites intrínsecos para la experimentación, han intentado crear y comprobar teorías que podrían ampliar nuestro entendimiento.

Se podría retroceder siglos detallando sus pequeños pasos, contratiempos y espectaculares avances; sin embargo, el punto al que hemos llegado hoy en día no debería ser considerado como una evolución lineal. Diversos modelos de cómo se formó el universo predominaron durante ciertas épocas, únicamente para perder fuerza y resurgir más adelante. A menudo un elemento de prueba científica o teórica parece señalar hacia una dirección, pero es invalidada por un descubrimiento posterior. Históricamente, este campo de investigación ha provocado acalorados debates dentro de la comunidad científica, incluso hoy en día.

De los diferentes modelos cosmológicos que han intentado explicar los orígenes del universo, Steinhardt y Turok señalan que la gran mayoría se clasifican en una de tres categorías: el universo creado, el universo inalterable y el universo episódico. Examinemos brevemente cada uno para ver si pueden explicar lo aparentemente inexplicable.

¿BIG BANG O NO?

Retomando la historia del pasado relativamente reciente, encontramos que a finales del siglo XIX prevalecía una versión del modelo de un universo inalterable. Esto se debió al creciente movimiento uniformitariano, cuyo espíritu era explicar la historia del universo a través del cambio gradual y uniforme. La datación de muestras de roca había dejado claro que la Tierra era mucho más vieja de lo que antes se pensaba y, por lo tanto, el universo es increíblemente viejo, posiblemente infinito. En su libro Big Bang (2004), Simon Singh, creador de un documental ganador del premio BAFTA y quien obtuvo un doctorado en física de partículas en Cambridge, escribió que «parecía que un universo eterno había tocado una fibra sensible en la comunidad científica. […] Si el universo ha existido por siempre, entonces no hay necesidad de explicar cómo se creó, cuándo se creó, por qué se creó o Quién lo creó». Sin embargo, Singh también señala que la creencia en este modelo era más que nada un salto de fe, pues no había justificación científica para ir de una Tierra antigua a un universo eterno.

Más tarde, incluso Albert Einstein fue víctima de la sabiduría percibida en su época. Al aplicar su teoría general de la relatividad y su fórmula para la gravedad, el resultado indicaba un universo inestable que podría colapsar. Entonces Einstein introdujo la «constante cosmológica» como una posición matemática para la teoría general de la relatividad —algo de lo que más tarde se arrepintió y que anuló—. Singh lo pone de esta manera: «Se trató de una excusa que Einstein utilizó para obtener el resultado esperado, concretamente: un universo estable y eterno».

Un científico y matemático que desafió la constante cosmológica de Einstein y, en sí, su idea de un universo inalterable, fue Alexander Friedmann. Su teoría era que el universo era capaz de superar las fuerzas gravitacionales que parecían predecir que debería colapsar, porque había estado sometido a una expansión inicial y posiblemente continua.

Después de la muerte de Friedmann, el sacerdote y cosmólogo belga Georges Lemaître aplicó la lógica al concepto de un universo en expansión y trabajó hacia atrás en el tiempo. Singh relata así el razonamiento de Lemaître: si el universo se está expandiendo actualmente, entonces debió ser más pequeño ayer y el día anterior, y así sucesivamente hasta llegar a lo que Lemaître llamó «el átomo primigenio», un átomo súper denso que se expandió repentinamente, generando toda la materia en el universo. A pesar de que Lemaître pensaba que este átomo primigenio pudo haber existido siempre antes de explotar, consideró este evento explosivo como el comienzo efectivo del universo. Así, el modelo de un universo eterno estaba siendo desafiado por otro que parecía indicar una vez más un momento en el tiempo en el que surgió, un momento de creación.

Mientras tanto, el astrónomo Vesto Slipher, que trabajaba en el Observatorio Lowell en Arizona, había estado haciendo sus propios descubrimientos. La combinación de espectroscopios y telescopios gigantes, junto con placas fotográficas sensibles, le dieron la oportunidad de examinar las estrellas de otra manera. Era sabido desde hacía algún tiempo que las ondas de luz provenientes de una fuente que se aleja se extienden y se desplazan hacia el extremo rojo del espectro. En su análisis de la luz emitida desde diversas galaxias, Slipher descubrió que aparentemente la mayoría mostraba ese desplazamiento al rojo, lo cual implicaba que estaban alejándose de nosotros y, si sus cálculos eran correctos, a una gran velocidad.

Más tarde, Edwin Hubble y sus colegas confirmaron y explicaron este efecto utilizando el Telescopio del Monte Wilson de 2.5 m en California. Ellos descubrieron una relación entre la velocidad de una galaxia y su distancia de la Tierra, y la ecuación para explicarlo se dio a conocer como la Ley de Hubble. Las observaciones indicaban que lejos de ser un lugar estático e inalterable, el universo estaba poblado en su mayoría por galaxias que parecían estar alejándose rápidamente de nosotros en un patrón ordenado de expansión. Así, Hubble ofreció el primer elemento de prueba importante para respaldar el modelo de creación cosmológica de Friedmann y Lemaître. Singh comentó: «La relevancia no fue nada menos que la comprensión de que en algún momento en la historia todas las galaxias en el universo habían estado compactadas en la misma pequeña región. Ésa fue la primera evidencia de observación para insinuar lo que hoy en día llamamos el big bang. Fue la primera clave de que podría haber existido un momento de creación».

No todos quedaron encantados con la idea de un comienzo explosivo del universo o con la sugerencia de un punto de creación. El astrónomo británico Fred Hoyle fue uno de sus oponentes más enérgicos. Junto con sus colegas, Thomas Gold y Hermann Bondi, trabajó en un modelo que conciliaría la idea de un universo que ha existido por siempre con las observaciones de Hubble de un universo en expansión. Fue Gold quien finalmente creó el concepto de un universo que experimentaba un desarrollo continuo y que aun así no cambiaba en su totalidad. En este modelo, que se dio a conocer como el modelo del estado estacionario, se pensaba que se produciría nueva materia para llenar los espacios que dejó la expansión. Singh señaló: «Un universo como tal aparentemente estaría desarrollándose y expandiéndose, aunque en su mayoría se mantendría inalterable, constante y eterno». Entonces los tres colegas hicieron publicaciones y trabajaron para defender su modelo del universo ante la teoría rival de un inicio explosivo, también conocido como «modelo de evolución dinámica». En realidad fue Hoyle quien acuñó la frase «big bang», utilizada sarcásticamente durante una lectura transmitida por radio para la BBC. El nombre se quedó.

Este acalorado debate entre las dos teorías rivales continuó por algún tiempo, estancándose durante algún periodo por falta de evidencia científica definitiva que las respaldara o las desestimara. Con el paso del tiempo, científicos con métodos y equipos nuevos proporcionaron información observacional que ayudó a aclarar cada una de las posturas.

MÁS ALLÁ DEL BIG BANG

El modelo del big bang poco a poco se convirtió en la idea generalizada durante la última parte del siglo XX. Hablando en términos generales, el entendimiento actual considera este evento no tanto como una explosión en el tiempo y el espacio, sino como una explosión del tiempo y el espacio. Muchas personas piensan que ése fue el momento del comienzo de ambos. A partir de un punto infinitamente condensado, el tiempo y el espacio se expandieron, a la vez que pasaban de estar increíblemente calientes a relativamente fríos. A partir del mar de protones, neutrones y electrones se formaron gradualmente núcleos y átomos, la mayoría de hidrógeno y helio, que más tarde se condensaron para formar estrellas y galaxias. Las reacciones nucleares dentro de las estrellas y más tarde las condiciones dentro de aquéllas que se extinguían produjeron elementos más pesados, tales como el carbono, el nitrógeno y el oxígeno, los cuales son esenciales para la vida en la Tierra. Se cree que todo esto comenzó en un solo punto hace aproximadamente 13,700 millones de años. Obviamente surge una pregunta: ¿Qué sucedió antes del big bang? (Consulte «Sí, pero...»).

«En la década de los sesenta se descubrieron varios fenómenos nuevos. ... Estos descubrimientos anunciaron la sentencia de muerte para la cosmología en estado estacionario y prepararon el camino para la aceptación general, aunque nunca universal, de la cosmología del big bang».

Con el tiempo se han hecho varias modificaciones y enmiendas al modelo del big bang para incluir conceptos como inflación, materia oscura y energía oscura. Todos estos conceptos están matizados, pero la inflación es esencialmente la rápida expansión del universo durante los primeros momentos posteriores al big bang. Busca explicar la causa de las variaciones en la densidad al principio del universo y, en particular, las regiones de mayor densidad que condujeron a la siembra de galaxias, y también pretende explicar por qué el universo parece ser plano y no curvo. La materia oscura, sobre la cual existen muchas teorías, pero aún no se ha detectado, se ha planteado como la razón por la que las estrellas en los extremos de las galaxias se mantienen en órbita, a pesar del hecho de que la fuerza de gravedad combinada de las estrellas que se encuentran más hacia el centro no es la suficiente para lograrlo. Debido a su gravedad repulsiva, la igualmente elusiva energía oscura ha sido sugerida como la fuerza que sigue provocando la expansión del universo a una velocidad que aparentemente va en aumento. A este respecto, Singh comenta: «Con un momentáneamente violento periodo de inflación, una peculiar materia oscura y una misteriosa energía oscura, el nuevo universo del big bang del siglo XXI es, en efecto, un lugar extraño».

Algunos consideran la encarnación actual del modelo del big bang como una amalgama relativamente improvisada de conceptos. Steinhardt y Turok, al evaluar los méritos del modelo inflacionario del big bang, abordan el asunto con lo que ellos describen como sus singulares atributos básicos. Por ejemplo: «Por razones misteriosas e inexplicables, el universo emerge de la nada hacia un estado súper denso».

Ellos han propuesto un modelo que puede clasificarse como episódico o cíclico: el universo ecpirótico, del griego ekpyrosis (literalmente, «del fuego», refiriéndose a la conflagración en la que dicen que acaba un universo y nace uno nuevo). En esencia, su modelo señala que el big bang no es el comienzo del tiempo y el espacio, sino parte de un ciclo que se repite, en el que un big bang crea materia y radiación caliente, los cuales se expanden y se enfrían para formar galaxias. Después de una expansión cada vez más rápida en la que la materia y la radiación se esparcen, la desintegración de la energía oscura provoca que la expansión reduzca su velocidad y finalmente se detenga. A esto le sigue la contracción gradual del universo, que a su vez conduce a una «gran implosión». Una parte de la energía oscura se convierte repentinamente en materia y radiación, y el universo comienza a expandirse de nuevo. Como exponen los autores: «la implosión se convierte en explosión».

Una explicación a esta teoría nace de una versión global y particular de la teoría de cuerdas, llamada teoría M, la cual es compleja y altamente matemática. Esto llevó a la noción de que nuestro universo tridimensional está separado de otro, oculto para nosotros por una pequeña brecha, quizá tan pequeña que mide casi 10^-30 centímetros, junto con una cuarta dimensión espacial. De acuerdo con esta teoría, la colisión de estos «mundos» (o membranas, o mundos membrana) provoca repetidos big bang a lo largo de billones de años.

¿Acaso el modelo ecpirótico tiene la respuesta al misterio que supone nuestro universo? En las propias palabras de Steinhardt y Turok, «muchos teóricos de la teoría de cuerdas siguen siendo escépticos en cuanto a la capacidad de la implosión para transformarse en una explosión, y esto hace que se preocupen por el concepto cíclico en su totalidad. No hay manera de resolver este problema más que realizando cálculos detallados. ... Hoy en día, muchos teóricos alrededor del mundo están intentando solucionarlo con vehemencia».

EN PERSPECTIVA

Los científicos han investigado todos estos diferentes modelos sustentándolos con las leyes de física conocidas, las cualidades observables y mensurables del universo, y el escrutinio matemático. Nuestra respuesta a las teorías actuales de los principios del universo bien podría revelar nuestra intuición en cuanto a lo hábil que se ha vuelto la humanidad. Steinhardt y Turok se encuentran entre aquéllos que consideran que estamos a punto de lograr un gran avance: «Es posible que durante el próximo par de décadas haya un impacto histórico para decidir qué tipo de teoría y qué modelo específico explican mejor el universo en el que vivimos. ... Somos optimistas en cuanto a que, a través de los esfuerzos colectivos de experimentalistas, observadores y teóricos, se harán los avances cruciales que finalmente decidirán el debate».

¿Es posible que realmente estemos llegando a la cumbre del conocimiento humano, y que las herramientas que ahora tenemos a nuestra disposición estén a punto de revelar los secretos finales del cosmos? Actualmente, estamos buscando una magnifica teoría unificada, denominada por algunos científicos «la teoría del todo». Esta teoría propuesta espera reconciliar —o incluso reemplazar— la teoría general de la relatividad y la mecánica cuántica para brindar una explicación completa del universo.

Para Hawking y Mlodinow, haciendo eco a los comentarios de Einstein, esto puede conducir a una posibilidad mucho más increíble: «Si llegamos a descubrir una teoría completa... podremos participar en la discusión acerca de la pregunta de por qué existimos nosotros y el universo. Si encontramos la respuesta, podría tratarse del máximo triunfo de la razón humana… pues entonces conoceríamos la mente de Dios». Ésta es, obviamente, la eterna esperanza de la ciencia, aunque es probable que la mayoría de los científicos lo hayan expresado en diferentes términos.

Su método de descubrimiento, el método científico, significa el desarrollo de teorías que después son estudiadas y comprobadas. Con el tiempo, estas teorías se amplían conforme las nuevas técnicas de investigación revelan una mayor claridad, o son rechazadas y reemplazadas por un paradigma diferente.

«Todos podemos estar de acuerdo en que [el estudio de la cosmología] es altamente ambicioso; sin embargo, asegurar, como muchos partidarios de la cosmología del big bang lo hacen, haber encontrado la teoría correcta raya, en mi opinión, en la arrogancia».

Una fuente alterna —y a menudo descartada— para entender «la mente de Dios» que podría complementar el enfoque científico, o incluso desafiarlo, es la Biblia. Aunque no pretende ser considerada como una explicación científica de la cosmología, este libro ofrece respuestas a las grandes preguntas que muchos se hacen. Además, tiene mucho que decir acerca de los orígenes.

Por supuesto, el libro en el que la mayoría piensa primero es el Génesis, el cual habla de los principios en términos concisos, mas no científicos, pero una pieza de entendimiento menos conocida proviene de la historia de Job. Como fue presentado ante nosotros, Job fue claramente un hombre inteligente y talentoso; sin embargo, tenía un defecto importante: no veía a Dios desde una perspectiva correcta. A fin de brindar a Job dicha perspectiva en términos que pudiera entender, Dios le hizo algunas preguntas: «¿Dónde estabas tú cuando yo fundaba la Tierra? Házmelo saber, si tienes inteligencia. ¿Quién ordenó sus medidas, si lo sabes? ¿O quién extendió sobre ella cordel? ¿Sobre qué están fundadas sus bases? ¿O quién puso su piedra angular? … ¿Has mandado tú a la mañana en tus días? ¿Has mostrado al alba su lugar…?» (Job 38:4–6, 12).

¿Cuál fue la conclusión? Job entendió el punto y comenzó a honrar a Dios apropiadamente como el sumo Creador y Sustentador de todo lo que vemos a nuestro alrededor.

¿Qué hay del resto de nosotros? Los fascinantes y complejos hallazgos que la ciencia nos ha brindado como posibles explicaciones del origen de nuestro universo son increíbles y desconcertantes. Mientras que los avances tecnológicos continúan a un ritmo acelerado y las herramientas científicas y matemáticas que tenemos a nuestra disposición revelan cada vez más detalles, sin duda tendremos nuevos escenarios que considerar en los próximos años. Pero ¿podrá la ciencia alguna vez responder con éxito nuestras preguntas más fundamentales?

Parece más apropiado concluir que encontraremos estas respuestas tratando primero de conocer la mente de Dios, pero no de la manera en que Hawking y Mlodinow han declarado. Entonces, como parte de la búsqueda de respuestas, podríamos considerar un enfoque alternativo a estas grandes preguntas sobre los orígenes: preguntarle a alguien que sabe, porque Él estuvo ahí.