La expansi¨®n del cosmos

La edad del cosmos sigue siendo uno de los misterios m¨¢s impenetrables para la conciencia humana. La religi¨®n y la ciencia, por separado, han especulado e investigado el origen y el fin del universo a lo largo de la historia. Y siempre ha habido una id¨¦ntica pregunta en labios de cient¨ªficos y estudiosos de uno y otro campo. ?El universo existe desde siempre o tuvo un principio?. Las respuestas po¨¦ticas o prodigiosas de las religiones enmudecieron con las ultimas teor¨ªas. La iniciativa ha pasado definitivamente a la ciencia y parece que ya hay una respuesta determinante. Pero el autor del art¨ªculo afirma y se pregunta: "El universo se encuentra todav¨ªa en expansi¨®n, pero ?cual es su destino final?".

La primera pregunta que el hombre se plante¨® siempre al contemplar "todo lo creado" fue ¨¦sta: ?El universo existe desde siempre o ha habido un principio?. Cuando la ciencia todav¨ªa no pod¨ªa avanzar ninguna respuesta, cada religi¨®n que nac¨ªa aprovechaba su ausencia para ofrecer su propia explicaci¨®n, m¨¢s o menos ingeniosa o po¨¦tica. Pero tambi¨¦n en este crucial punto el largo conflicto entre religiones y ciencia ha concluido definitivamente, pues la ciencia tiene ya la terminante e inesperada respuesta.Hace ahora unos 1010 a?os, toda la masa-energ¨ªa del universo se hallaba concentrada en un peque?o volumen y una incre¨ªble explosi¨®n: el c¨¦lebre big bang la lanzaba en todas direcciones. Desde entonces el universo no ha dejado de expandirse y enfriarse. Su temperatura inicial super¨® los 1010 grados Kelvin y el proceso de enfriamiento, muy r¨¢pido al principio, todav¨ªa contin¨²a. En. el momento actual la temperatura media debida a los gravitones y neutrinos, que contin¨²an propag¨¢ndose libremente desde el principio, es extremadamente baja y del orden de unos 3? K, es decir, muy cercana al cero absoluto.

Nuestros conocimientos actuales de toda la historia del universo, incluyendo los primeros instantes -es especialmente ilustrativo en este aspecto el texto de S. Weinberg, titulado Los tres primeros minutos del universo- son bastante detallados y est¨¢n respaldados por una abrumadora cantidad de hechos experimentales. Y sin embargo hasta hace solamente unas decenas de a?os, hasta comienzos de este siglo, la humanidad cre¨ªa firmemente que el universo era est¨¢tico e inmutable. Las primeras dudas sobre la permanencia del universo surgieron en 1917, al aplicar la reci¨¦n creada teor¨ªa general de la relatividad de A. Einstein al problema cosmol¨®gico. Las ecuaciones de Einstein predec¨ªan -dicho en lenguaje matem¨¢tico- existencia de una singularidad inicial, lo cual quiere decir que si el universo segu¨ªa las leyes descubiertas por Einstein no era ni permanente ni inmutable, y que, por el contrario, hab¨ªa ido aumentando su tama?o constantemene partiendo de un punto o singularidad inicial. Tan firmemente! ancladas estaban en el pensamiento filos¨®fico occidental las ideas de permanencia e inmutabilidad del universo que el mismo Einstein, al conocer estas consecuencias de su teor¨ªa, dud¨® de sus ecuaciones e introdujo en ellas el denominado t¨¦rm ?no cosmol¨®gico, sin m¨¢s fin que las nuevas ecuaciones permitieran la tan deseada inalterabilidad. S¨®lo unos pocos a?os despu¨¦s, en 1929, el astr¨®nomo americano Hubble comprobaba experimentalmente que el universo, en efecto, se expand¨ªa conforme predec¨ªa la teor¨ªa de la relatividad, y Einstein recuperaba la confianza en sus ecuaciones y confesaba que la mayor equ¨ªvocaci¨®n de su vida hab¨ªa sido la introducci¨®n del t¨¦rmino cosmol¨®gico.

De las cuatro clases de fuerzas que existen en la naturaleza, solamente las gravitatorias juegan un papel en este fen¨®meno, pues son las ¨²nicas que act¨²an a las enormes distancias que existen entre las galaxias.

La masa que falta

Y las fuerzas gravitatorias poseen una intensidad proporcional al producto de sus masas, seg¨²n la teor¨ªa newtoniana, y no linealmente proporcional, seg¨²n la teor¨ªa einsteiniana. De esto se deduce, casi intuitivamente, que si la densidad media de la materia en el universo fuera suficientemente elevada, la atracci¨®n debida a las fuerzas gravitatorias que act¨²an entre las galaxias ser¨ªa capaz de frenar la velocidad con que se alejan unas galaxias de otras y, posteriormente, dete ner e invertir este proceso, trans form¨¢ndose as¨ª la expansi¨®n en contracci¨®n. Un elemental ejemplo aclarar¨¢ bastante la situa ci¨®n. Un proyectil lanzado verticalmentae desde la tierra, o bien saldr¨¢ al espacio exterior y no regresar¨¢ jam¨¢s, o bien caer¨¢ despu¨¦s de un per¨ªodo de ascensi¨®n. Lo que finalmente suceda depender¨¢ ¨²nicamente de su velocidad inicial al ser lanzado. Si ¨¦sta excede de un cierto valor -llamado velocidad de escape-, el proyectil no regresar¨¢ jam¨¢s. Si su velocidad es inferior, caer¨¢ inexorablemente de nuevo a la tierra. En el caso del universo, la velocidad es reemplazada por su densidad media. Si ¨¦sta excede de un cierto valor, que se ha dado en denominar densidad cr¨ªtica, el universo llegar¨¢ a alcanzar unas ciertas dimensiones m¨¢ximas, pero despu¨¦s empezar¨¢ una fase de contracci¨®n que terminar¨¢ en una gigantesca implosi¨®n -que en el lenguaje relativista se llama "colapso gravitacional"-, con la reuni¨®n en un peque?o espacio de toda la masa de las galaxias hoy en expansi¨®n.

El valor de esta densidad cr¨ªtica de la masa-energ¨ªa es H02 8 Tf siendo Ho el valor de la constante de Hubble en el momento actual, par¨¢metro medible experimentalmente. De acuerdo con esto, la densidad media en el momento actual deber¨ªa ser del orden de 5 X 10-30 g/CM3. Pero la densidad media determinada exper¨ªmental es algo menor del orden de 2X 10-31 g/cm3. Esto significar¨ªa, si no dicen otra cosa las investigaciones en curso, que el universo continuar¨ªa expandi¨¦ndose indefinidamente y, como consecuencia, enfri¨¢ndose cada vez m¨¢s y m¨¢s.

Pero una gran mayor¨ªa de astrorisicos concede un cr¨¦dito inagotable a la relatividad general y sus predicciones, y se ha lanzado en busca de la missing mass, de la masa que falta, seguros de que la densidad media del universo debe ser la prevista por Einstein. Y efectivamente, poco a poco van apareciendo nuevas contribuciones a la densidad y su valor experimental sube a?o tras a?o. Probablemente antes del fin del presente siglo se habr¨¢ determinado experimentalmente si la densidad real llega o no a ser superior a la cr¨ªtica.

?nico o c¨ªclico

Para ser m¨¢s exactos en la somera descripci¨®n de la cosmolog¨ªa einsteiniana hay que a?adir que ¨¦sta postula -para que todo lo descrito suceda- no solamente la necesidad de una densidad superior a la cr¨ªtica, sino el car¨¢cter cerrado del espacio. Este car¨¢cter ?errado significa que el volumen total del espacio disponible para la expansi¨®n es finito.

Hoy d¨ªa el universo se encuentra todav¨ªa en expansi¨®n, pero ?cu¨¢l es su destino final? ?Cu¨¢l de los dos caminos descritos seguir¨¢ el universo en el futuro? Esta cuesti¨®n, a¨²n no dilucidada, es quiz¨¢ el problema m¨¢s importante que tiene ante s¨ª la f¨ªsica actual, y ello no solamente por su inter¨¦s puramente cient¨ªfico, sino por sus consecuencias de todo orden, y en especial por el enorme impacto que, necesariamente, ha de producir en la filosof¨ªa.

Es preciso destacar primero que, en cualquiera de los dos casos, toda vida que haya aparecido en el universo tiene un fin inexorable marcado. Si el universo es cerrado y termina con un colapso gravitacional, es obvio que desaparecer¨¢ en este final toda vida. Si, por el contrario, la expansi¨®n contin¨²a indefinidamentae, el agotamiento lento y continuo de toda clase de fuentes de calor y de energ¨ªa implicar¨ªa id¨¦ntico final. En el primer caso la muerte se producir¨ªa al ir aumentando continuamente el calor durante el proceso de implosi¨®n. En el segundo, el fr¨ªo ir¨ªa adue?¨¢ndose paulatinamente de todos los focos de vida que permanecieran en los distintos lugares del universo.

Pero existe una diferencia esencial entre ambos caminos en cuanto a sus implicacioies filos¨®ficas se entiende. Si la ruta que sigue se demuestra experimentalmente que le conduce a una implosi¨®n, y aunque los varios mecanismos que inevitablemente producir¨ªan una posterior explosi¨®n no est¨¢n totalmente estudiados, la gran mayor¨ªa de los cient¨ªficos aceptar¨ªa que el universo es c¨ªclico y, en consecuencia, que ha pasado por id¨¦nticas fases, de una duraci¨®n aproximada de 6x1010 a?os entre cada explosi¨®n y posterior implosi¨®n. Esta alternativa, pues, supondr¨ªa en definitiva un universo sin principio ni fin, que, por tanto, no exigir¨ªa postular ning¨²n Creador.

Si, por el contrario, la expansi¨®n continuara indefinidamente, ello implicar¨ªa, obviamente, que el universo no puede ser c¨ªclico, cualquiera que haya sido su historia anterior antes del big bang o de otras posibles fases. En esta hip¨®tesis, el universo tendr¨¢ un final ¨²nico, es decir, ser¨ªa ¨²nico e irrepetible. Quedar¨¢, no obstante, por dilucidar, como en el caso anterior, la cuesti¨®n de averiguar qu¨¦ precedi¨® al big bang. La verdadera gran cuesti¨®n pendiente es, pues -en palabras de C. W. Misner, K. S. Thorme y J. A. Wheeler-, la siguiente: "?Podr¨¢ alg¨²n d¨ªa el hombre penetrar en el misterio de la creaci¨®n? No existe hecho alguno que nos incline m¨¢s a pensar que la res puesta llegar¨¢ alg¨²n d¨ªa y que ¨¦sta ser¨¢ afirmativa que la constataci¨®n de la capacidad del hombre para predecir, y predecir correctamente, y predecir en contra de todas las expectativas, un fen¨®meno tan fant¨¢stico como la expansi¨®n del universo". Si, efectivamente, se encuentra la respuesta a esta transcenden tal cuesti¨®n, el hombre realmente habr¨¢ avanzado en el conocimiento de los que Unamuno llamaba "los grandes y eternos problemas humanos".

Y ser¨ªa, en cierto modo, para d¨®jico, y al mismo tiempo sor prendente, que el cosmos, que a lo largo de toda la historia humana, desde las tinieblas hasta la relatividad, fue siempre el misterio m¨¢s impenetrable, fuera la llave que le abriera finalmente los ojos a un nuevo mundo de claridad y de luz, aunque quiz¨¢ no de esperanza.

es acad¨¦mico de la Real de Ciencias.