Lawrence M. Krauss - Un universo de la nada

LAWRENCE M. KRAUSS (25 de mayo de 1954) es Doctor en Física Teórica por el Massachussets Institute of Technology y en la actualidad es Director de la Origins Initiative en Arizona State University. Anteriormente fue Profesor de Física Ambrose Swasey, Profesor de Astronomía y Director del Center for Education and Research en la Case Western Reserve University.

Tiene un amplio campo de intereses, entre los que cabe destacar la interacción entre la física de partículas elementales y la cosmología, donde sus estudios incluyen el universo temprano, la naturaleza de la materia oscura, relatividad general y la astrofísica de neutrinos.

El prof. Krauss es autor de más de 300 publicaciones científicas, así como de numerosos artículos de divulgación sobre física y astronomía. Además, es autor de varios libros de divulgación, entre ellos The Physics of Star Trek, Beyond Star Trek, Miedo a la física y La quinta esencia. Su galardonado Historia de un átomo: una odisea desde el Big Bang hasta la vida en la Tierra ha sido traducido al alemán, italiano, holandés, portugués, finlandés, coreano y chino.

El profesor Krauss ha recibido numerosos premios por sus investigaciones, entre los que cabe destacar el Presidential Investigator Award (1986), el Premio al conocimiento científico público de la Sociedad para el Avance de la Ciencia de EE.UU. (2000), el Premio Julius Edgar Lilienfeld de la Sociedad Norteamericana de Física (2001) y el Premio Andrew Germant del Instituto de Física de EE.UU (2001).

A menudo ofrece conferencias a públicos profesionales y generales, participando asimismo en programas de radio y televisión. Krauss es uno de los pocos científicos de reconocimiento internacional interesados en crear puentes entre la ciencia y la cultura popular.

El Misterio Inicial que aguarda en todo viaje es: para empezar, ¿cómo llegó el viajero a su punto de partida?

LOUISE BOGAN, Journey Around My Room

Era una noche oscura y tormentosa…

A comienzos de 1916, Albert Einstein acababa de completar el mayor logro de su vida: un intenso esfuerzo intelectual, de un decenio de duración, por deducir una nueva teoría de la gravedad que él denominó «teoría general de la relatividad». En realidad, no se trataba únicamente de una nueva teoría de la gravedad, sino que era también una teoría nueva sobre el espacio y el tiempo. Y fue la primera teoría científica que pudo explicar no tan solo cómo se mueven los objetos en el universo, sino también cómo podría evolucionar el universo en sí.

Sin embargo, había una pega. Cuando Einstein empezó a aplicar la teoría para describir el universo en su conjunto, constató que no describía el universo en el que parecíamos vivir.

En la actualidad, casi cien años después, resulta difícil apreciar en todo su alcance hasta qué punto nuestra imagen del universo se ha transformado en el transcurso de la vida de una sola persona. En 1917, en lo que respectaba a la comunidad científica, el universo era estático y eterno, y constaba de una única galaxia: nuestra Vía Láctea, rodeada por un vasto espacio vacío, oscuro e infinito. A fin de cuentas, es lo que uno concluiría al levantar la vista hacia el cielo nocturno o mirarlo con un telescopio pequeño; y en aquel tiempo, apenas había razones para sospechar otra cosa.

En la teoría de Einstein —como en la concepción gravitatoria previa, la de Newton—, la gravedad es una fuerza de pura atracción entre todos los objetos. Esto significa que resulta imposible tener en el espacio un conjunto de masas en reposo perpetuo: su atracción gravitatoria mutua terminará provocando que colapsen hacia el interior, en manifiesta contradicción con la apariencia estática del universo.

El hecho de que la relatividad general de Einstein pareciera incoherente con la concepción coetánea del universo representó para él un golpe mayor de lo que uno podría pensar, por razones que me servirán para desmentir un mito que siempre me ha molestado sobre Einstein y la relatividad general. Es habitual suponer que Einstein trabajó durante muchos años en una sala cerrada, en aislamiento, sin recurrir más que a la pura razón y el pensamiento, hasta que se le ocurrió su hermosa teoría, con independencia de la realidad (¡quizá como sucede en la actualidad con algunas teorías de cuerdas!). Ahora bien, nada podría estar más lejos de la verdad.

Einstein siempre se guio en gran medida por experimentos y observaciones. Aunque realizó numerosos «experimentos mentales» y su empeño le ocupó más de un decenio, en el proceso hubo de aprender matemáticas innovadoras y seguir muchas pistas teóricas falsas antes de poder formular, por fin, una teoría que en efecto poseía belleza matemática. Y aun así, el momento específico más importante, a la hora de consolidar su relación de amor con la relatividad general, tuvo que ver con la observación. Así, durante las últimas semanas de frenética culminación de su teoría —en competencia con el matemático alemán David Hilbert—, usó sus ecuaciones para calcular la predicción de lo que, de otro modo, podría parecer un resultado astrofísico extraño: una ligera precesión en el perihelio (punto de mayor aproximación) de la órbita de Mercurio en torno al Sol.

Hacía ya tiempo que los astrónomos habían observado que la órbita de Mercurio difería ligeramente de la que predijera Newton. Así, en lugar de trazar una elipse perfecta que vuelva sobre sí misma, la órbita de Mercurio experimenta una precesión (es decir: tras completar una órbita, el planeta no regresa con exactitud al mismo punto, sino que la orientación de la elipse cambia ligeramente a cada paso, de forma que va dibujando un recorrido espiraloide) de una magnitud increíblemente pequeña: 43 segundos de arco (aproximadamente una centésima de grado) por siglo.

En cambio, cuando Einstein calculó la órbita de acuerdo con su teoría de la relatividad general, obtuvo la cifra exacta. Según la valoración de un biógrafo de Einstein, Abraham Pais: «A mi entender, este descubrimiento supuso la experiencia emocional más poderosa —con mucho— de toda la vida científica de Einstein; quizá incluso de toda su vida». Einstein afirmó haber sufrido palpitaciones, como si «algo se hubiera roto» en su interior. Un mes más tarde, cuando, al describir la teoría a un amigo, mencionaba su «belleza incomparable», manifestaba a todas luces el placer que le producía su forma matemática; pero no hubo constancia de palpitaciones.

Sin embargo, esta aparente incoherencia entre la relatividad general y la observación, con respecto a la posibilidad de un universo estático, no duró mucho tiempo. (Aun así, hizo que Einstein introdujera una modificación a su teoría, que él mismo calificó más tarde como su mayor torpeza. Pero volveremos sobre esto más adelante). Hoy es bien sabido por todos —con la excepción de algunos consejos escolares de Estados Unidos— que el universo no es estático, sino que está expandiéndose; y que esta expansión se inició en un Big Bang, una «Gran Explosión» increíblemente caliente y densa que tuvo lugar hace unos 13,72 miles de millones de años. Y lo que es igual de importante: sabemos que nuestra galaxia es solo una más del total de galaxias del universo observable, que quizá ascienda a los 400.000 millones. Somos como los primeros cartógrafos de la Tierra, pues solo ahora estamos empezando a tener mapas que en verdad recojan toda la extensión del universo. Apenas es de extrañar, por lo tanto, que en las décadas recientes nuestra imagen del universo haya experimentado cambios revolucionarios.

El descubrimiento de que el universo no es estático, sino que está en expansión, tiene una profunda significación filosófica y religiosa porque parece indicar que nuestro universo tuvo un principio. Un principio implica creación, y la creación despierta emociones. Aunque la confirmación empírica independiente de la noción de un Big Bang no se produjo hasta varias décadas después de que, en 1929, se descubriera que el universo está en expansión, en 1951 el papa Pío XII todavía la ensalzaba como una demostración del Génesis. En sus palabras: