Antes del big bang
Martin Bojowald presenta de forma asequible algunas de las implicaciones que podría acarrear una teoría cuántica de la gravedad respecto al origen del universo. El desarrollo actual de la gravedad cuántica de bucles sugiere que el Big Bang podría no ser el origen del cosmos, sino tan solo una fase en la evolución de un universo más antiguo.
¿Comenzó realmente el universo en el Big Bang hace trece mil ochocientos millones de años? ¿Cabe preguntarse qué había antes de este momento donde parece nacer el tiempo? Lo más importante, ¿qué es lo que en verdad se quiere decir, desde los ámbitos serios, con esta clase de afirmaciones?
El paradigma del Big Bang
Con la formulación de la relatividad general, los físicos tuvieron por primera vez al alcance de la mano un marco conceptual y matemático para analizar rigurosamente el problema del universo como un todo. Considerando que éste presenta el mismo aspecto desde cualquier punto si abarcamos una panorámica muy amplia, la teoría arroja una familia de soluciones que sugieren dinámica temporal. Esta evolución depende de parámetros que dan cuenta, por ejemplo, del contenido o la geometría del universo.
Desde que Edwin Hubble descubriera que la luz de las nebulosas proviene de lugares mucho más lejanos que las estrellas de nuestra galaxia y analizara su corrimiento al rojo en 1929, se sabe que el universo se expande. Pero, si recorremos el tiempo hacia atrás con ayuda de las ecuaciones, el cosmos se hace cada vez más pequeño y más caliente, hasta llegar a un punto donde el tiempo y el volumen se hacen cero, y la densidad y la temperatura se hacen infinitas: una singularidad.
No solo eso, sino que a lo largo del siglo XX se identificaron lo que hoy se conocen como los pilares observacionales del paradigma del Big Bang, que permiten medir los parámetros del modelo de manera independiente. Estos pilares son la radiación de fondo cósmico de microondas, la cartografía de galaxias y las supernovas “tipo Ia”. Aunque también se contrastan otras evidencias, como la proporción de elementos ligeros que habría sido creada poco después del Big Bang.
El problema de la singularidad
En física, cuando el resultado de la magnitud de una teoría se vuelve infinito, suele ser indicio de que se ha rebasado el límite de aplicabilidad de las ecuaciones. En el caso del Big Bang se dan unas condiciones extremas en las que los efectos cuánticos dejan de ser despreciables. Sin embargo, la cosmología actual se fundamenta en la gravedad, la única fuerza dominante a escalas tan grandes como las que considera, y aún no existe una teoría que combine coherentemente esta interacción con la naturaleza cuántica de la materia y el espacio-tiempo. Además, la formulación de una teoría de tales características ha resultado ser una empresa extremadamente difícil y la investigación ha devenido en diversos intentos colectivos, de los cuales tal vez los más conocidos sean la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica de bucles.
Martin Bojowald hace especial hincapié en la importancia de las fuerzas antagonistas, es decir, la aparición de un efecto que compense la fuerza de gravedad y evitar así las singularidades. La razón del problema reside en que en esta interacción no tenemos cargas, como por ejemplo en el caso del electromagnetismo; en definitiva: dos masas siempre se atraen.
Ya, pero ¿hasta qué punto? En cierto modo, la repulsión entre materia de la misma carga eléctrica (en este caso los protones de los núcleos atómicos) puede parar el avance de la gravedad, como ocurre por ejemplo en los planetas. Si añadimos más masa esta compensación no será suficiente, pero diversos efectos contribuirán a la estabilidad teniendo en cuenta ciertos umbrales de masa, como por ejemplo la presión de radiación en las estrellas o el principio de exclusión de Pauli en enanas blancas y estrellas de neutrones. Sin embargo, no hay nada en el marco de la teoría capaz de frenar el colapso de objetos más pesados aún; se crean entonces agujeros negros, a los que se asocia otra singularidad.
De la misma manera que la discretización de la energía del átomo condujo a resolver su problema de estabilidad (desde el punto de vista clásico, el electrón pierde energía y se precipita hacia el núcleo, de manera que no podría haber átomos estables), una teoría que combine la mecánica cuántica y la gravedad podría soslayar la aparición de singularidades con algún tipo de efecto antagonista.
La promesa de la gravedad cuántica de bucles
Bojowald se cuida de aclarar que la gravedad cuántica de bucles no es aún una teoría matemáticamente consistente, por lo que todas las deducciones que se hagan por el momento a partir de sus ecuaciones caen en el marco de la especulación. Sin embargo, el análisis de diferentes soluciones lleva a encontrar patrones comunes que podrían albergar indicios de una futura solución al problema de la singularidad.
Dichos análisis vislumbran que la discretización del tiempo podría dar como resultado que éste no se terminase (o empezara, según el punto de vista) en el Big Bang, sino que corriera desde mucho antes. Más aún, el Big Bang constituiría una suerte de rebote cuántico, en el que un universo en contracción entraría en un régimen donde un efecto antagonista provocara que se expandiera de nuevo.
De igual modo, la gravedad cuántica parecería arrojar luz sobre la singularidad en los agujeros negros. Bojowald admite que la teoría podría demostrar en un futuro que la materia que sobrepasa el horizonte de sucesos en un agujero negro volvería a conectarse con el resto del universo pasado un tiempo suficientemente largo, evitando la singularidad y el problema de la pérdida de información.
Escrutando el cosmos
Martin Bojowald es un físico alemán nacido en 1973. Es miembro desde 2005 del Instituto para la Gravitación y el Cosmos de la Universidad de Pensilvania y ha centrado su actividad en el campo de la gravedad cuántica de bucles. El presente libro, publicado en nuestro país por DeBolsillo en 2011, es una forma de dar proyección a su trabajo. Se trata de un texto de divulgación, entretenido de leer, que no recurre a fórmulas matemáticas.
Durante los primeros capítulos ofrece una revisión de los conceptos más básicos de la relatividad general y la teoría cuántica que resulta muy agradable, creemos que tanto para el profano como para quien ya esté familiarizado. Los capítulos siguientes se centran en las asombrosas conclusiones cosmológicas a las que podría llegar una teoría de la gravedad cuántica. A continuación, Bojowald dedica un capítulo a una descripción de los agujeros negros y posibles cambios en su concepción debidos a una cuantización adecuada del espacio-tiempo. Los últimos capítulos abordan temas más dispersos (incluso filosóficos) que tal vez no encajen del todo bien con el resto. Nos da la impresión, además, de que no llegaran a desarrollarse en plenitud, especialmente el dedicado a cosmogonía, aunque realmente no fuera la razón del texto.
No obstante, estamos ante un libro de divulgación que recoge ideas muy interesantes que son discutidas en la actualidad en algunos ámbitos de la física teórica, considerando siempre que se extraen de ramas aún en desarrollo y que, como teorías científicas, están sin consolidar. Los esfuerzos por construir una teoría más general que resuelva el problema de la singularidad son muy meritorios, y resultan mucho más agradecidos si vienen acompañados de revelaciones asombrosas.
