1.- ORIGEN

1.-Generalidades

Antes de situarnos en el origen del universo vamos a referirnos a algunas de las situaciones, acciones y condiciones que tuvieron un valor relevante en los momentos iniciales del big-bang.

En el primer instante que sigue al momento cero todo era radiación. Como toda radiación electromagnética su composición fundamental son los cuantos individuales de energía, llamados fotones. En aquel instante, debido a la elevadísima temperatura, cien mil millones de grados, (muy superior a 10 elevado a 11 grados), las partículas creadas eran bombardeadas por una energía radiante, de tal frecuencia y, por tanto, intensidad, que no permitía que se formaran núcleos atómicos. Las partículas de materia y sus correspondientes de antimateria, se creaban y aniquilaban por millones y solo quedaba un resto de partículas de materia, que, no se sabe por qué, excedía al de partículas de antimateria y, por lo tanto, no pudieron aniquilarse. Partículas que, con posterioridad, dieron origen a la materia del universo actual.

Al final de este estado inicial quedaría, además de la materia señalada, una radiación, que aun perdura, formada por los fotones que se fueron creando, según la razón de 1.000 millones de ellos por cada protón de todo el universo actual. radiación que se fue enfriando a medida que aumentaba la expansión del universo.

Recordemos, como fundamental, que la electricidad está presente en todas las partículas constituyentes de la materia, no, así, en el fotón, partícula de fuerza, que, además de no tener masa, no porta carga eléctrica alguna.

Diremos, también, que la materia se puede encontrar en el universo en cuatro estados. Estos cuatro estados posibles de la materia son: sólido, líquido, gaseoso y plasma. Por ser el menos conocido, vamos a explicar en que consiste el estado denominado plasma. Si calentamos, por ejemplo, un puñado de arena en un horno, al llegar la temperatura a los 3.500 grados, los electrones serán arrancados de sus órbitas de la corteza atómica y se separarán de los átomos. La nube resultante de núcleos desnudos y electrones libres se denomina plasma.

Por último, antes de situarnos en el origen del universo, aclararemos que la famosa ecuación de Einstein entre masa y energía, E=mc2, no especifica si la masa es de materia o de antimateria, se cumple en ambos casos, por lo que en el principio se creaban simultáneamente millones de partículas y antipartículas (al final del escrito, aclaramos la diferencia entre materia y antimateria). La existencia del universo actual, y por tanto de la vida, depende de la asimetría entre la materia y la antimateria creada en el origen. Si la materia y la antimateria creadas hubieran sido iguales, como a la vez que se creaban se iban aniquilando entre ellas, la radiación (es decir, los fotones), sería todo cuanto habría quedado en el universo.

2.- La gran explosión

Después de estos breves conceptos vamos a situarnos en el origen del universo: en el big-bang. Con los conocimientos actuales de la Ciencia, y, probablemente, ni con los futuros, podremos situarnos en el instante cero, pero si podemos hacer como unos fotogramas de instantes posteriores, resumidos del libro Los tres primeros minutos de Steven Weinberg, que nos permitirán situarnos tan cerca del instante cero como nos sea posible, con detalles y situaciones que nos permitirán mostrar, grosso modo, la magnitud de los procesos, que van teniendo lugar, hasta llegar al instante en que el universo se hizo transparente, esto es, hasta que se hizo la luz.

El primer fotograma empezaremos a narrarlo a los 0’02 segundos (dos centésimas de segundo) desde la gran explosión, pero creo necesario hacer constar que este tiempo, para los acontecimientos que se sucedieron desde el instante de la gran explosión, es como una eternidad.

Toda la materia del universo, como ya se ha señalado, surgió de un pequeño exceso de quarksNo obstante, diré

[1] sobre los antiquarks que se formaron en los primeros instantes del big-bang, en unas condiciones increíblemente extremas de temperatura y densidad. En ese instante, debido a la altísima temperatura, los quarks y antiquarks estaban libres por todas partes, creándose y aniquilándose nada más formarse. En estos instantes, la materia no tenía masa (nunca ha sido visto un quark aislado)..Se cree que, pocos momentos después, en torno a la billonésima de segundo que siguió al big-bang, estos quarks, resultantes de la aniquilación de quarks y antiquarks (¿esta diferencia entre quars y antiquars estaría ya prevista antes del principio, o sucedió por azar y necesidad?), pasaron súbitamente a tener masa. De no haber ocurrido esto no podríamos estar aquí para narrar estos acontecimientos. No obstante, vamos a continuar con los fotogramas situando el primero, como hemos indicado, a los 0’02 segundos del big-bang, donde es más fácil predecir los acontecimientos que sucedieron.

2.1.-Primer fotograma

Han transcurrido 0’02 segundos desde la gran explosión. El universo está en un estado de altísima energía (casi todo era energía), la temperatura es de 100.000 millones de grados (10 elevado a 11). La densidad total de la energía, a esa temperatura, era la equivalente a una densidad de masa de 3’8 mil millones de veces la densidad del agua en condiciones terrestres normales, esto es, 3’8 mil millones de gramos por centímetro cúbico.

El universo, en ese momento, está lleno de una sopa indeterminada de materia y radiación (energía), La materia está constituida por aquellas pocas partículas que pueden crearse a partir de la radiación existente a esa temperatura. Estas partículas eran el electrón y su antipartícula, el positrón, y las partículas sin masa; fotones, neutrinos y antineutrinos. El universo es tan denso que hasta los neutrinos están en equilibrio térmico con las otras partículas mediante rápidas colisiones entre ellas al ser bombardeadas por una energía radiante de altísima frecuencia e intensidad (en este estado no son elementos libres).El universo, como consecuencia de la gran explosión, ha iniciado una rapidísima expansión y, por lo tanto, se está enfriando.

El número de partículas nucleares en el momento del primer fotograma, de existir alguna, sería muy reducido.

2.2.-Segundo fotograma

Ha transcurrido 1 segundo desde el primer fotograma. La temperatura del universo es ahora de 10.000 millones de grados. A esta temperatura los neutrinos y antineutrinos empiezan a comportarse como partículas libres y a reaccionar entre ellos, por tanto , a aniquilarse (ya han dejado de estar en equilibrio térmico con los electrones, positrones y fotones) Desde este instante, los neutrinos que se salvaron de la aniquilación dejarán de desempeñar un papel activo en nuestra historia, excepto su influencia en el campo gravitacional del universo. A partir de aquí, los neutrinos se expandirán libremente.

La densidad de la energía, equivale a una densidad de masa de 380.000 veces la del agua. Los electrones y positrones empiezan, a su vez, a aniquilarse a mayor velocidad de la que pueden ser creados a partir de la radiación. El universo es aun demasiado caliente, por lo que las interacciones entre protones y neutrones hacen que entre ellos cambien reiteradamente de identidad, por lo que no pueden formar núcleos atómicos durante un tiempo apreciable.

2.3.-Tercer fotograma

Han transcurrido 14 segundos desde el primer fotograma. La temperatura del universo es ahora de unos 3.000 millones de grados. Estamos ahora por debajo del umbral de temperatura de la existencia de electrones y positrones, de modo que están empezando a desaparecer al aniquilarse mutuamente. Casi todos los electrones y positrones debieron de aniquilarse mutuamente, dejando sólo como una mil millonésima parte de los electrones que aparecieron en los primeros momentos de la gran explosión. Estos electrones, uno por cada protón del universo, terminarían por emparejarse con los protones para formar la materia neutra que conocemos.(esto sucedería cuando el universo sobrepasase los 300.000 años de existencia, porque hasta entonces el universo permaneció en estado de plasma). Si el numero de protones y electrones resultantes no fueran básicamente iguales, no sería neutra la materia y, por consiguiente, la repulsión eléctrica al competir con la gravedad habría impedido que pudieran formarse estructuras como las estrellas.

Un poco más tarde, el universo está lo suficiente frío para permitir que las interacciones entre protones y neutrones, producidas por las violentas colisiones entre ellos, se estabilicen, y, como resultado, quedará un incremento del numero de protones sobre el de neutrones de un 70%, que, con posterioridad, formaría la materia del universo, En ese momento es cuando empiezan a formarse diversos núcleos como el de deuterio (hidrógeno pesado), formado por un protón y un neutrón, y el de helio. No obstante, a esta temperatura sólo permanecen estables algunos núcleos de helio, ya que los de deuterio tan pronto como se forman se destruyen.

2.4.- Cuarto fotograma

Han transcurrido 3 minutos desde el primer fotograma. La temperatura del universo es ahora de 1.000 millones de grados, sólo setenta veces más caliente que el centro del Sol.

El universo está lo suficiente frío para que se mantengan unidos los núcleos de helio. Los de deuterio aún tienen dificultades.

Un poco más tarde sucede un acontecimiento espectacular. La temperatura disminuye al punto en que pueden mantenerse unidos los núcleos de deuterio. Así, a sus expensas, podrán formarse núcleos más pesados, aun con ciertas dificultades. El que sale ganando es el helio, ya que el 30% de los protones libres se integran en núcleos de helio. El 70% de los protones libres serán los futuros núcleos de los átomos de hidrógeno que llenan el universo.

2.5.- Quinto fotograma

Vamos a analizar un último fotograma, cuando la temperatura ha descendido a 300 millones de grados. Han transcurrido 35 minutos desde el primer fotograma. Los electrones y positrones ya se han aniquilado mutuamente, excepto el exceso de electrones que equilibrarán la carga positiva de los protones en la formación de átomos. La densidad de energía del universo es ahora equivalente a una densidad de masa de un 10 por ciento mayor que la del agua. Respecto a la energía del universo en ese instante, el 31 por ciento adopta la forma de neutrinos y el 69 por ciento la de fotones. Los procesos nucleares se han detenido; las partículas nucleares están ahora ligadas a núcleos de helio, o son protones libres (núcleos de hidrógeno). El universo está aun demasiado caliente para que los electrones se unan a los núcleos para formar átomos. El universo está en estado de plasma. Así continuará hasta transcurridos más de 300.000 años.

Pasado este tiempo, la temperatura habrá caído al punto en que todos los electrones se asocien con los núcleos de hidrógeno y helio para formar átomos estables. Esta temperatura es de 3.500 grados. El estado de plasma ha desaparecido. La falta de electrones libres hará que el universo sea transparente a la radiación. La materia y la radiación se han desacoplado. En ese instante se hizo la luz, al quedar liberados de la radiación de fondo los fotones. A partir de aquí, y en lo sucesivo, los fotones (partículas sin masa y sin carga eléctrica alguna) no interaccionarán entre si ni con la materia, constituirán, como hemos dicho, la luz y otras formas de energía, la mayoría de ellos están hoy en el universo actual integrando lo que conocemos como espectro de ondas electromagnéticas

Las partículas sin masa no llevan carga eléctrica, por ello no les afectan los campos eléctricos. Si les afectan los campos de gravitación, pero sólo en regiones donde los campos son muy intensos, como les ocurre a los fotones en el caso de los agujeros negros. Por eso las partículas si masa nos llegan prácticamente en línea recta, sin dispersión ni deformación, aunque se encuentren a miles de millones de años luz.

Como hemos visto, el big-bang, el poder explosivo de la mayor explosión de la historia cósmica, en su cocina nuclear, sólo fue capaz de crear los elementos hidrógeno y helio. ¿Dónde se formaron el resto de los elementos? La respuesta está en las estrellas, millones de años después. Todos somos hijos de las estrellas, casi todos los átomos de nuestro cuerpo se fraguaron, en algún momento, dentro de una estrella que vivió y murió para que, algún día, pudiéramos nacer nosotros.

El desacoplamiento de la materia y la radiación, permitió, a su vez, a la materia comenzar a formar galaxias y estrellas. Con posterioridad surgirá la vida. Gracias a todo ello, después de unos 10.000 a 15.000 millones de años, los seres humanos podríamos escribir estas historias sobre el universo.

3.- Antimateria

Como la misma palabra dice, es lo opuesto a la materia. Todas las partículas de masa tienen su correspondiente antipartícula. Pero la oposición se refiere sólo a las cargas eléctricas, los protones de la antimateria portan cargas negativas, y se denominan antiprotones, y la carga de los electrones de la antimateria es positiva, por lo que se les denomina positrones. Por lo demás, no habría diferencia entre la materia y la antimateria; a simple vista, un humano hecho de antimateria no se diferenciaría en nada de nosotros, pero ¡ojo!, al ser sus cargas eléctricas opuesta a las nuestras, si nos ponemos en contacto con él, se produce el fenómeno de aniquilación, o sea, la transformación instantánea de su masa y la nuestra en energía, de acuerdo con la famosa ecuación de Einstein.

No obstante, esta figuración que hemos hecho para mejor comprender la diferencia entre materia y antimateria, de suponer un humano de antimateria, es irrealizable, porque, al estar en un universo de materia, el humano de antimateria se habría aniquilado instantáneamente al ponerse en contacto con nuestro mundo. Por último, diremos que así como el electrón es una partícula elemental, tanto los protones como los neutrones están formados por quars, por lo que, sus antipartículas, el antiprotón y el antineutrón, están formados por antiquars.El fotón, por ser una partícula de fuerza, no tiene antipartícula

4.-¿Pudo el Universo crearse a si mismo? Ya tenemos creado el universo. Pero ahora surge la pregunta de si pudo el universo crearse a si mismo. Diré, a este respecto, que cuanto más leo y estudio sobre temas relacionados con el universo más compleja se me hace su existencia ¿Cómo pudo pasar un universo que nació, según parece, de una fluctuación cuántica a un universo con un comportamiento convencional como el que conocemos? ¿Cómo lo ínfimo, por su sola agregación, pudo dar lugar a un inmenso tan complejo? Un inmenso ordenado de acuerdo con unos principios sin los cuale lo ínfimo no habría tenido posibilidades de haber logrado que uno de sus productos pudiera estar aquí escribiendo sobre el mismo universo.

La impresión de que "algo ha debido originar todo esto" está fuertemente enraizada no sólo en la cultura occidental, y, además, que ese "algo" no puede caer dentro de la investigación científica, y que ese "algo" debe ser, en algún sentido, sobrenatural.

Esa creencia es común a todas las civilizaciones, y, fundamentalmente, para el cristianismo está claro que Dios creó el universo, creado de la nada y como consecuencia de un acto de libre elección del Creador. San Agustín escribió: "Creaste algo, y ese algo surgió de la nada. Hiciste el cielo y la tierra, no deTí mismo, porque en tal caso serían iguales a Tí".

Científicamente se admite que el origen del universo tuvo lugar en una fluctuación cuántica conocida como el big bang. Como sabemos, la teoría del big bang se apoya científicamente en la Teororía general de la relatividad de Einstein. Uno de los rasgos fundamentales de esa teoría es que los asuntos referentes a la materia no pueden estar separados de los que afectan al espacio o al tiempo, porque ambos surgieron, como explica dicha teoría, en el instante del origen del universo

Como todo en el universo, las leyes físicas están formuladas en términos del espacio-tiempo, y no son aplicables ni concebibles antes de que surgiera ese espacio-tiempo, por lo que a la pregunta: ¿qué ocurrió antes del big bang? la respuesta es no hay "antes". ¡El tiempo comenzó con el big bang!

Quizás, uno de los mayores misterios de la creación del universo sean las leyes físicas que rigen el comportamiento de la Naturaleza. ¿De donde provienen? ¿Quién elaboró el código? Leyes universales y que se aplican indefectiblemente en todo lugar y en toda época de la historia del cosmos. No hay excepciones. Son de riguroso cumplimiento y perfectas en todos los sentidos y perdurables en el tiempo. Y lo misterioso es que son leyes matemáticas. Por otro lado, su comportamiento ordenado presenta regularidades sorprendentes, como las órbitas de los planetas, por ejemplo.

Otra característica de las leyes de la Naturaleza es su perpetuidad, en contraposición a la variabilidad de las leyes de la Naturaleza que los humanos hemos ido interpretando; Matemáticas Euclidianas, Sistema Solar Geocéntrico, Mecánica de Newton, incluso la Relatividad General de Einstein, por mencionar algunas. Cabría preguntarse si hay algo perdurable en las interpretaciones que hacemos los humanos de estas leyes. No obstante, lo único perdurable de los humanos hasta ahora, parece ser la aplicabilidad que hacen de las matemáticas en ellas, y, probablemente, porque las leyes de la Naturaleza sean leyes matemáticas. ¿Será Dios un geómetra, como dijo Platón?

Hay muchas razones para pensar, y así lo hacen la mayoría de los científicos, que las condiciones iniciales cósmicas caen por completo fuera del alcance de la ciencia. Hay muchas razones para pensar que si las condiciones iniciales se escogieron al azar, el universo resultante tendría una probabilidad abrumadora de ser muy irregular. En este supuesto, como dice Roger Penrose, el universo no sería tan homogéneo como el que conocemos, que exige una sincronización extraordinadiamente delicada para que todas sus regiones posean una expansión acorde con una cuidadosa orquestación. Y yo me pregunto, ¿puede haber orquestación sin director de orquesta?

Lo único que podemos afirmar es que el universo existe y que, posiblemente, nunca sabremos porqué se tomó la molestia de existir. El gran misterio acerca de la contigencia (que pueda o no existir) no es que el mundo pudiera haber sido de otro modo, sino que está contingentemente ordenado, tal y conforme es, en todos los aspectos.

Está claro, como hemos visto, que un universo físico contingente no puede tener la explicación de sí mismo, de ser como es. Por tanto, esta explicación parece que es necesaria buscarla fuera del mundo físico. ¿Habrá, pues, que pensar en un agente metafísico capaz de crear el universo?

No hace falta decir que para los teólogos el agente creativo, como explicación de la existencia del universo, es Dios. Mas ¿qué clase de agente sería tal Ser?

Las opiniones de los filósofos y de los teólogos sobre las cualidades que debe tener ese Dios creador son tantas y tan diversas que no se ponen de acuerdo entre ellos. Si a esto agregamos la opinión de una gran mayoría de científicos de que el origen del universo y el de las constantes de la Naturaleza son un misterio y que puede seguir siéndolo para siempre, se afianza más en mí la opinión de la existencia de ese Creador; un ente metafísico (la Inteligencia Absoluta que diría Laplace), y que por esa condición, no puede haber respuesta acertada, de mente humana, sobre las cualidades y designios de tal Creador.

[1] Quark: Constituyente elemental de la materia.

BIBLIOGRAFÍA

Kraus, L. HIstoria de un átomo. Una Odisea desde el Big Bang hasta la vida en la Tierra...y más allá. (Páez, F. Trad.)(4ª ed.). Navarra: Ed. Laetoli. (Trabajo original publicado en 2001).

Sagan, C. (1982). Cosmos (Muntaner, M. Trad.)(6ª ed.). Barcelona: Ed. Tusquets. (Trabajo original publicado en 1980).

Weinberg, S. (1984). Los tres primeros minutos del universo, (Mínguez, N. Trad.)(6ª ed.). Madrid: Ed. Alianza Editorial. (Trabajo original publicdo en 1977).