El big bang no fue una explosión en el sentido tradicional, pero fue, no obstante, el comienzo de cosas importantes: por un lado, el espacio; otra vez. En tercer lugar, inició las condiciones y procesos que finalmente resultaron en nosotros, los humanos, que podemos sentarnos aquí y preguntarnos sobre el espacio y el tiempo. El big bang fue, efectivamente, el comienzo del universo. Según la lógica del cerebro humano, parece que algo debió haber existido antes del big bang, aunque “antes” sea la palabra equivocada porque no hubo tiempo hasta después.
La buena noticia para nosotros es que los físicos tienen formas de pensar (e incluso estudiar empíricamente) los orígenes del universo. Por contraintuitivo e imposible que parezca, los cosmólogos incluso están avanzando en la determinación de qué ideas descabelladas podrían levantar el velo de esa era temprana, a pesar de que sigue siendo inaccesible a los telescopios.
Durante milenios, lo que sucedió antes y en el comienzo del universo no fue una cuestión que los científicos pudieran siquiera abordar. Las cuestiones cosmológicas eran dominio de los filósofos, dice Jenann Ismael, ella misma filósofa de la física en la Universidad Johns Hopkins. La pregunta más fundamental, por supuesto, es de dónde venimos, una pregunta tan popular entre los filósofos como lo es entre el resto de nosotros. Otras preguntas, dice Ismael, incluyen tonterías como “¿Qué son el espacio y el tiempo? ¿Tiene el tiempo un comienzo? ¿Tiene el espacio límites?”.
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Incluso después de que la cosmología se convirtiera en una ciencia dura, el campo era un poco incompleto, dice Ismael. “La ciencia se basaba en hechos y medio”, añade. Este sentimiento, dice, suele atribuirse al físico James Jeans. Pero eso ha cambiado en el último siglo, a medida que las reflexiones de los filósofos se adentraron en el ámbito de la teoría, la experimentación y los datos. “Estas viejas preguntas conceptuales están surgiendo de maneras que tienen nuevos ángulos, un nuevo giro y un nuevo marco”, continúa Ismael.
No está claro si la ciencia como disciplina (y los científicos como personas) algún día podrán responder algunas preguntas de manera definitiva. Después de todo, nadie podía “ver” antes del big bang, y nadie podrá hacerlo jamás, al menos no directamente. Pero los investigadores están aprendiendo que el universo actual y futuro puede contener pistas sobre el pasado distante.
Y a medida que los científicos traspasan los límites de lo que se puede saber, están poniendo a prueba sus teorías sobre el antes, la única manera de acercarse a la verdad potencial. “Estoy feliz de escuchar cualquier marco, pero sólo empiezo a tomarlo en serio cuando produce un objetivo de observación claro que un instrumento real puede alcanzar”, dice Brian Keating, cosmólogo de la Universidad de California en San Diego. “Si no hay un discriminante que puedas medir, estás haciendo metafísica con ecuaciones”.
Aquí hay tres ideas que él y otros científicos toman en serio sobre los orígenes últimos del cosmos.
La propuesta sin límites
La mecánica cuántica es la física de lo extremadamente pequeño, regida por la estadística y la incertidumbre. También es lo que pudo haber dado forma al universo primitivo. Para comprender el cosmos cuántico, los científicos calculan la probabilidad de que se produzca una determinada salida a partir de una determinada entrada.
En cosmología, el “producto” es el universo tal como se ve hoy. “La pregunta es: ¿cuál debería ser el aporte?” dice Jean-Luc Lehners, ex jefe del grupo de Cosmología Teórica del Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein) en Alemania.
Los físicos pueden dividir el problema en partes de resultados y de insumos. Si consideran que el universo moderno es el resultado, pueden intentar descubrir qué insumo podría haberlo producido. Luego pueden retroceder tomando esa entrada como una nueva salida y determinar qué condiciones anteriores en el universo podrían haber producido ese estado, y así sucesivamente. Teóricamente (si tienen mucho tiempo libre) pueden hacerlo para siempre, avanzando paso a paso para llegar al antes, antes, e incluso antes de eso.
Esa regresión infinita, sin embargo, no tenía sentido para los físicos Stephen Hawking y James Hartle, quienes trabajaron juntos en la cuestión en la década de 1980. Decidieron eliminar el aporte último del universo: su “comienzo”. En lugar de ello, formaron un modelo del universo llamado propuesta sin límites. Sugirieron que el tiempo y el espacio forman una superficie cerrada y redondeada: un hemisferio del espaciotiempo de cuatro dimensiones.
¿Eso no tiene sentido? Prueba esto: imagina el universo como el globo terrestre. El big bang es el Polo Norte. No existe un “antes”, como tampoco existe un norte del norte. Antes se vuelve irrelevante como concepto. “Es casi como una idea zen”, dice Lehners. Y es uno con el que está jugando en cálculos para ver si puede recrear el universo que vemos hoy desde un lugar redondo sin norte de norte.
“La propuesta sin límites tiene un apoyo considerable, o al menos interés, dentro de la comunidad física”, dice Sean Carroll, profesor de filosofía natural en la Universidad Johns Hopkins. Señala que a algunos científicos les preocupa qué tan bien definida esté la idea, pero él considera que es un “punto de partida natural”, dado lo que sabemos sobre la gravedad cuántica.
Un cosmos cíclico y que rebota
Paul Steinhardt, físico de la Universidad de Princeton, tiene otra idea sobre lo que sucedió antes de que comenzara el universo tal como lo conocemos. Se opone a una idea que él ayudó a dar forma: este concepto sugiere que, después del Big Bang, el espacio-tiempo se expandió muy rápidamente durante un período de tiempo muy corto llamado inflación. El escenario de inflación pretende explicar por qué el universo parece plano y similar en todos los lugares a los que pueden mirar nuestros telescopios.
Sin embargo, después de ayudar a establecer la teoría de la inflación, Steinhardt comenzó a dudar de la idea, en parte porque ha requerido ajustes constantes para mantenerla consistente con nuestras mediciones del cosmos. “Es realmente difícil pensar en un ejemplo histórico en el que eso conduzca a lo que resulte ser la respuesta correcta”, dice Steinhardt. “Casi siempre, eso es una señal de que el Titanic se está hundiendo”.
Es hora de subirse a un bote salvavidas, pensó. Así que ideó un universo cíclico: uno que aumenta significativamente de tamaño, como parece estar haciendo el nuestro ahora, luego se contrae un poco y luego comienza a expandirse de nuevo. “Cuando la gente piensa en universos que se contraen, generalmente piensan en cosas que llegan a una crisis”, dice Steinhardt: el cosmos colapsando nuevamente en un punto infinitamente pequeño. Steinhardt no está hablando de eso: cree que el universo tal vez se contraiga lentamente, hasta una fracción más pequeña de su tamaño, pero no hasta la nada. Esa contracción suaviza las cosas de maneras que la inflación no logra explicar, dice, y al mismo tiempo produce un cosmos que parece plano e igual en todas las direcciones.
Steinhardt añade que lo que parece un big bang en realidad no lo es: el universo se expande, luego se contrae lentamente y luego rápidamente vuelve a expandirse. La rápida transición entre contracción y expansión no es una explosión sino un “gran rebote”.
Steinhardt espera poner a prueba esta idea no sólo examinando el pasado sino también tomando datos del presente y observando atentamente el futuro. “Esto hace una predicción obvia: la fase actual de expansión acelerada no puede continuar para siempre”, dice Steinhardt. “Debe terminar”. Esta idea, a su vez, plantea una nueva pregunta: “¿Podría estar ya en proceso de terminar ahora?” pregunta.
Nuestras mediciones sobre cómo se está expandiendo el universo provienen de objetos relativamente lejanos que emitieron su luz hace mucho tiempo. Las cosas podrían haber cambiado y es posible que aún no lo sepamos porque los efectos serían difíciles de medir. “Tendríamos que mirar objetos muy cercanos para detectarlo”, dice Steinhardt. Ése no es el fuerte de los cosmólogos, y tendrían que desarrollar nuevas técnicas e instrumentos para buscar tales efectos en las cercanías.
Aún más intrigante, Steinhardt dice que debido a que “no le sucede nada malo al espacio” durante la contracción y el rebote, la información (incluso objetos como los agujeros negros) puede pasar desde antes del rebote hasta después. “Puede que haya cosas en nuestro universo observable que sean de antes”, dice. Esté atento.
Universo espejo
Otra gran idea sobre el antes antes es de interés para Latham Boyle, investigador del Centro Higgs de Física Teórica de la Universidad de Edimburgo, que anteriormente fue estudiante de posgrado de Steinhardt. Al igual que el concepto del gran rebote, la propuesta favorita de Boyle es conceptualmente bastante simple y, de manera similar, evita la inflación. “Está el universo después del Big Bang y el universo antes del Big Bang”, dice, “y son copias especulares el uno del otro”.
Imagínese esto, dice Boyle, como las puntas de dos conos de helado tocándose, representando su contacto el big bang. “El tiempo se aleja del big bang en ambas direcciones”, afirma. De nuestro lado, sigue adelante; en el lado del espejo, va hacia atrás. Lo que ocurrió antes del big bang es lo opuesto a lo que ocurrió después. Y eso no incluye sólo el tiempo: aquí hay materia; allí hay antimateria. Aquí izquierda es izquierda; ahí, la izquierda es la derecha.
Boyle tiene ideas para observaciones que podrían respaldar (o anular) su teoría, que se llama universo simétrico CPT (simétrico de tiempo, paridad de carga). Por un lado, un universo simétrico CPT no habría enviado ondas gravitacionales brillando a través del espacio desde el comienzo del universo, como predicen las teorías de la cosmología clásica. Los astrónomos han estado buscando este tipo de señales. Si finalmente se detectan estas ondas, se descartaría esta idea.
La hipótesis de Boyle también predice que la materia oscura podría explicarse por un tipo particular de neutrino. Espera que los instrumentos cosmológicos revelen pronto más información sobre los neutrinos. La conexión del modelo con la física de partículas, entre otros aspectos, hace que esta idea sea intrigante, dice Carroll.
“Lo que me gusta aquí es la economía”, dice Keating, “y el hecho de que se juega el cuello”, centrándose en el tipo de predicciones físicas específicas que necesitan los experimentadores como él.
La prueba del tiempo
Cada uno de estos científicos está apegado a su propia idea. Pero Lehners, entrevistado a finales del año pasado, no confía en que ninguno de ellos resista la prueba del tiempo, sea cual sea el tiempo. “Creo que es completamente absurdo que, en el año 2025, podamos entender el comienzo del universo”, dice. “¿Por qué no en el año 2.000.025 o lo que sea?”
E incluso si los investigadores creen que se están acercando, podrían estar acercándose a una cumbre falsa: ese lugar frustrante que, cuando estás caminando, parece la cima de la montaña pero que en realidad es un simple montículo que bloquea tu vista del verdadero pico, o tu visión de lo que crees que es el verdadero pico pero que, de hecho, es solo otro montículo. “En general, creo que es extremadamente plausible que hubiera algo antes del Big Bang”, dice Carroll, “pero también es muy plausible que el Big Bang fuera realmente el comienzo. Hay muchas cosas de las que simplemente no estamos seguros, y soy un poco escéptico de que el estado del arte sea lo suficientemente bueno como para permitirnos sacar conclusiones experimentales u observacionales firmes a partir de cualquiera de estos modelos”.
Pero los cosmólogos no están estudiando los orígenes últimos porque creen que el misterio se resolverá durante su vida. Lehner se imagina a sí mismo como parte de un proyecto intergeneracional que ayuda a la humanidad a acercarse cada vez más a una verdad que tal vez nunca encontremos.
Estudiar un tema tan física y filosóficamente inaccesible es fundamentalmente diferente de otros tipos de ciencia: esas búsquedas al menos existen en nuestro plano de espacio y tiempo. Casi parece que la cuestión no pertenece realmente al ámbito de la ciencia. Pero la ciencia a menudo implica investigar cosas a las que no podemos acceder, al menos al principio, dice el filósofo de la física Ismael. Los científicos predijeron los átomos antes de que pudiéramos verlos, y los agujeros negros y la materia oscura aún están más allá de nuestra capacidad de detectarlos directamente; sin embargo, investigarlos es claramente científico. “Creo que el punto de referencia de lo que se considera ciencia ha cambiado”, afirma. Y seguirá haciéndolo, incluso, tal vez, retrocediendo hacia un antes que tal vez no sea un antes.