El origen del Univeerso II

En la Teoría del Estado Estacionario, mientras las galaxias se alejan, la idea es que nuevas galaxias se forman con materia que ha estado creándose continuamente en el espacio. El Universo habría existido por siempre y habría estado siempre igual. Esta última particularidad tuvo la gran virtud, desde un punto de vista positivista, de ser una predicción certera que pudo ser comprobada a través de la observación. El grupo de radioastronomía de Cambridge, bajo la dirección de Martin Ryle, hizo una encuesta sobre las fuentes débiles de radio a comienzos de los años sesenta. Éstas estaban distribuidas de manera bastante uniforme en el cielo, indicando que la mayoría de los fuentes se sitúan afuera de nuestra galaxia. Las fuentes más débiles, en promedio, estarían más alejadas.

La Teoría del Estado Estacionario predijo la forma del diagrama del número de fuentes contra el origen de la fuerza. Las observaciones demostraron más fuentes apenas perceptibles de lo que se predijo, indicando que la densidad de las fuentes era más alta en el pasado. Esto era contrario a la conjetura básica de la Teoría del Estado Estacionario, según la cual todo es constante en el tiempo. Por esto y otras razones, la Teoría del Estado Estacionario fue desechada.

Otro intento para evitar que el Universo tuviera un comienzo fue la sugerencia de que hubo una fase previa de contracción, pero debido a la rotación y las irregularidades locales, la materia no caería en el mismo punto. En cambio, diferentes partes de la materia se perderían y el Universo se expandiría de nuevo con la densidad permaneciendo finita. Dos rusos, Lifshitz y Khalatnikov, declararon haber probado que una contracción general sin una simetría exacta llevaría siempre a un rebote con la densidad permaneciendo finita. Este resultado fue muy conveniente para el materialismo dialéctico marxista leninista, porque evitó los cuestionamientos complejos sobre la creación del Universo. Por lo tanto, esta teoría se volvió un artículo de fe para los científicos soviéticos.

Cuando Lifshitz y Khalatnikov publicaron estos argumentos, yo era un estudiante de investigación de veintiún años, buscando algo para completar mi tesis de doctorado. No creía en lo que ellos llamaban su prueba, y entonces junto a Roger Penrose empecé a desarrollar nuevas técnicas matemáticas para estudiar esa cuestión. Nosotros demostramos que el Universo no podía tener saltos. Si la teoría de la relatividad de Einstein es correcta, habrá una singularidad, un punto de densidad infinita en la curva tiempo-espacio, donde el tiempo tiene un comienzo.

Radiación de microondas.

La evidencia derivada de la observación para confirmar la idea de que el Universo tuvo un denso comienzo llegó en octubre de 1965, unos pocos meses después de mi primer resultado sobre esta singularidad, junto con el descubrimiento de microondas en el espacio. Estas microondas son las mismas que están en su horno de microondas, pero mucho menos poderosas. Calentarían su pizza a un mínimo de 271,3 grados centígrados, que no servirían mucho para descongelar la pizza salvo para dejarla cocinándola sola. Usted puede observar estas microondas por sí mismo. Sintonice su televisor donde no vea ningún canal. Un pequeño porcentaje de la nieve que usted ve en la pantalla causará este fondo de microondas. La única interpretación razonable sobre este fondo es que la radiación que sobra está en estado denso y muy caliente. Mientras el Universo se expandía, la radiación se habría enfriado hasta el remanente débil que observamos hoy.

El satélite WMAP ha recogido la imagen de la radiación de microondas o raadiación cósmica de fondo.

A pesar de que los teoremas de singularidad de Penrose y míos predijeron que el Universo había tenido un comienzo, no nos dijeron cómo comenzó. Las ecuaciones de la Teoría General de la Relatividad dejarían de funcionar sobre esta singularidad. La teoría de Einstein no puede predecir cómo comienza el Universo, pero sí nos puede decir cómo evolucionó una vez que comenzó. Hay dos actitudes que uno puede elegir respecto a los resultados de Penrose y míos. Una es que Dios decidió cómo comenzó el Universo por razones que no entendemos. Este era el punto de vista del Papa Juan Pablo II. En una conferencia sobre cosmología en el Vaticano, el Papa dijo a los delegados que estaba bien estudiar el Universo después de su comienzo. Pero no deberían indagar sobre sus comienzos, porque era el momento de la creación y la obra de Dios. Estaba tan contento que no se dio cuenta que yo había presentado una ponencia en la conferencia, sugiriendo cómo había comenzado el Universo. No fantaseé sobre ser entregado a la Inquisición, como pasó con Galileo.

La otra interpretación de nuestros resultados, que es la que eligen los científicos, indica que la Teoría General de la Relatividad deja de funcionar en los campos gravitacionales en los comienzos del Universo. Esta teoría tiene que ser reemplazada por una más completa. Uno esperaría esto de todas maneras, porque la teoría de la Relatividad no toma en cuenta la estructura más pequeña de la materia, que está regida por la teoría del quantum. Esto generalmente no importa, porque la escala del Universo es enorme, comparada con las escalas microscópicas de la teoría del quantum. Pero cuando el Universo es del tamaño de un Planck, un millardo de un trillón de un trillón de un centímetro, las dos escalas son lo mismo y hay que tener en cuenta la teoría del quantum.

Max Plank y Albert Einstein.

A fin de entender el origen del Universo, necesitamos combinar la Teoría General de la Relatividad con la teoría del quantum. La mejor manera de hacer esto parece ser usar la idea de Feinman, de sumar diferentes historias. Richard Feinman era un personaje simpático que tocaba el bongo en una banda en Pasadena, y también era un físico brillante en el Instituto de Tecnología de California. Él propuso que un sistema va del estado A al estado B, por cualquier camino posible de la historia.

Richard Feynman

Cada camino o historia tiene un cierta amplitud o intensidad, y la probabilidad de un sistema de ir de A a B está dada por sumar las amplitudes de cada camino. Habrá una historia en el cual la luna esté hecha de queso azul, pero la dimensión es pequeña, lo cual son malas noticias para los ratones.

La probabilidad para el estado del Universo en el tiempo presente está dada por la suma de las dimensiones de todas las historias que terminan en ese estado. ¿Pero como comenzaron tales historias? Esta es la pregunta sobre el origen pero planteada de otra manera. ¿Se necesita de un creador para decretar como comenzó el Universo? ¿O el estado inicial del Universo está determinado por una ley científica? De hecho, esta pregunta surgiría incluso si las historias del Universo regresaran al pasado infinito. Pero sería más inmediato si el Universo comenzó sólo quince millardos de años atrás. El problema sobre qué pasó en los comienzos de los tiempos se parece un poco a la pregunta sobre el límite del mundo, cuando la gente pensaba que la tierra era plana. ¿Es el mundo plano? ¿El mar chorrea agua por sus orillas? He probado esto experimentalmente; he estado alrededor del mundo y no me he caído del él.

Como sabemos todos, el problema sobre qué pasa en la orilla del mundo fue resuelto cuando la gente se dio cuenta de que el mundo no era plano, sino una superficie curva. El tiempo, no obstante, parece ser diferente. Parece estar separado del espacio y ser como un vía modelo de tren. Si tuvo un comienzo, tuvo que haber alguien que pusiera en marcha los trenes.

La Teoría de la Relatividad de Einstein unificó tiempo y espacio como espacio-tiempo, pero el tiempo todavía era diferente al espacio, era como un pasillo que si bien tenía un principio y un fin, o era un pasillo que continuaba para siempre. Sin embargo, cuando uno la combina la Teoría de la Relatividad con la del Quantum, Jim Hartle y yo nos dimos cuenta que el tiempo se puede comportar en otra dirección en el espacio bajo condiciones extremas. Esto significa que uno puede deshacerse del problema del tiempo teniendo un comienzo, de una manera similar en la que nos deshicimos del fin del mundo. Supongamos que los comienzos del Universo fueran como el polo sur de la tierra, con grados de latitud, imitando al tiempo. El Universo comenzaría como un punto en el Polo Sur. Mientras nos movemos hacia el Norte, los círculos de latitud constante, que representan el tamaño del Universo, se expandirían. Preguntarse que pasó antes de los comienzos del Universo sería una pregunta sin sentido, porque no existe el Sur del Polo Sur.

El tiempo. medido en grados de latitud. tendría un comienzo en el Polo Sur, pero el Polo Sur es como cualquier otro punto, al menos eso me han dicho. He ido a la Antártida, pero no al Polo Sur.

Las mismas leyes naturales que se aplican al Polo Sur, se aplicarían en otros lugares. Esto acabaría con la antigua objeción de que el Universo tuviera un comienzo, que sería un lugar donde las leyes naturales no funcionan. El comienzo del Universo entonces estaría gobernado por las leyes científicas.