Tyson - Astrofísica para gente con prisas

El mundo ha persistido por muchos años tras haber sido puesto en marcha con los movimientos apropiados. A partir de ellos se deduce todo lo demás.

L UCRECIO , C . 50 A .C.

En el principio, hace casi 14 mil millones de años, todo el espacio, toda la materia y toda la energía del universo conocido estaban contenidos en un volumen menor a una billonésima parte del punto con el que termina esta oración. La temperatura era tan elevada que las fuerzas de la naturaleza que conjuntamente describen el universo estaban unificadas. Aunque aún no se sabe cómo surgió, este minúsculo universo solo podía expandirse, rápidamente, en lo que hoy llamamos el big bang.

La teoría general de la relatividad de Einstein, presentada en 1916, nos proporciona nuestra comprensión moderna de la gravedad, en la que la presencia de materia y energía curva el tejido del espacio y el tiempo que las rodea. En la década de 1920 se descubriría la mecánica cuántica, que proporcionaría nuestra explicación moderna sobre todo lo pequeño: moléculas, átomos y partículas subatómicas. Sin embargo, estas dos visiones de la naturaleza son formalmente incompatibles entre sí, lo que desató una carrera entre físicos para combinar la mecánica cuántica (la teoría de lo pequeño) con la teoría general de la relatividad (la teoría de lo grande) en una sola teoría de gravedad cuántica coherente. Aunque todavía no hemos llegado a la meta, sabemos exactamente dónde se encuentran los mayores obstáculos. Uno de ellos está en la era de Planck del universo temprano. Se trata del intervalo de tiempo de t = 0 hasta t = -43 segundos (una diez millonésima billonésima billonésima billonésima de segundo) después del comienzo, y antes de que el universo creciera hasta los 10 -35 metros (una cien mil millonésima billonésima billonésima de un metro) de ancho. El físico alemán Max Planck, de quien recibió su nombre esta inimaginablemente pequeña magnitud, introdujo la idea de la energía cuantizada en 1900, y es generalmente reconocido como el padre de la mecánica cuántica.

El choque entre gravedad y mecánica cuántica no representa problemas prácticos para el universo contemporáneo. Los astrofísicos aplican los principios y herramientas de la relatividad general y la mecánica cuántica a muy diferentes tipos de problemas. Pero al principio, en la era de Planck, lo grande era pequeño, y suponemos que se debe de haber celebrado una boda forzosa entre los dos. Lamentablemente, los votos intercambiados durante la ceremonia siguen eludiéndonos, por lo que ninguna ley de la física (conocida) describe con certeza el comportamiento del universo en ese período.

No obstante, creemos que, hacia el final de la era de Planck, la gravedad se escabulló de las otras fuerzas de la naturaleza aún unificadas, obteniendo una identidad independiente bien descrita por nuestras actuales teorías. Cuando el universo alcanzó los 10 -35 segundos de edad, continuó expandiéndose, diluyendo toda concentración de energía, y lo que quedaba de las fuerzas unificadas se dividió en fuerzas electrodébiles y fuerzas nucleares fuertes . Más adelante, la fuerza electrodébil se dividió en fuerza electromagnética y fuerza nuclear débil , dejando al descubierto las cuatro distintas fuerzas que hemos llegado a conocer y amar: la fuerza débil controla la desintegración radioactiva, la fuerza nuclear fuerte une el núcleo atómico, la fuerza electromagnética une moléculas y la gravedad une materia.

Ha pasado un billonésimo de segundo desde el comienzo.

Mientras tanto, la interacción de materia en forma de partículas subatómicas y de energía en forma de fotones (recipientes de energía luminosa carentes de masa que son tanto ondas como partículas) no cesaba. El universo estaba lo suficientemente caliente para que estos fotones espontáneamente convirtieran su energía en pares de partículas materia-antimateria, que inmediatamente después se aniquilaban, devolviendo su energía a los fotones. Sí, la antimateria es real. Y la descubrimos nosotros, no los escritores de ciencia ficción. Estas metamorfosis son totalmente explicadas por la ecuación más famosa de Einstein: E = mc 2 , una receta bidireccional sobre el valor de la energía en materia y el valor de la materia en energía. c 2 es la velocidad de la luz al cuadrado, una cifra enorme que al multiplicarse por la masa nos recuerda cuánta energía se obtiene en este proceso.

Poco antes, durante y después de que la fuerza nuclear fuerte y las electrodébiles se separaran, el universo era un borboteante caldo de quarks, leptones y antimateria, además de bosones, las partículas que permiten sus interacciones. Se cree que ninguna de estas familias de partículas es divisible en algo menor o más básico, aunque cada una de ellas tiene distintas variedades. El fotón común es parte de la familia de los bosones. Los leptones más conocidos para quienes no son físicos son los electrones y quizá los neutrinos; los quarks más conocidos son... bueno, en realidad no hay quarks conocidos. Cada una de sus seis subespecies recibió un nombre abstracto que no tiene ningún propósito filológico, filosófico o pedagógico, excepto distinguirlas de las otras: arriba, abajo, extraño, encanto, cima y fondo.