Antes del Big Bang

Las claves de la gran explosi¨®n que dio lugar a la expansi¨®n del universo hace unos 13.800 millones parecen irse desvelando gracias a la enorme precisi¨®n de las observaciones cosmol¨®gicas recientes. Sabemos que dicha explosi¨®n no tuvo lugar en un solo punto del espacio, sino que sucedi¨® de modo simult¨¢neo en una regi¨®n relativamente extensa. Y sin embargo, observando el fondo de radiaci¨®n de microondas, que fue emitido poco despu¨¦s de la gran explosi¨®n, vemos que su temperatura es pr¨¢cticamente id¨¦ntica en cualquier rinc¨®n de la misma. ?C¨®mo pudo prepararse una explosi¨®n tan homog¨¦nea en una regi¨®n tan extensa? La respuesta m¨¢s plausible es que el Big Bang caliente estuvo precedido de una ¨¦poca de expansi¨®n acelerada, denominada inflaci¨®n c¨®smica.

En 1981, Alan Guth propuso que la gravedad repulsiva debida a un tipo de materia denominada inflat¨®n habr¨ªa producido dicha aceleraci¨®n. De este modo, una regi¨®n de tama?o subat¨®mico podr¨ªa crecer en varias decenas de ¨®rdenes de magnitud en una escala de tiempo muy breve, hasta convertirse en algo tan grande, o incluso mucho mayor que el universo observable. Al final del periodo inflacionario, la energ¨ªa del inflat¨®n se transformar¨ªa en materia ordinaria, dando lugar a lo que normalmente denominamos el Big Bang caliente.

Aunque la naturaleza precisa del inflat¨®n es desconocida, se tratar¨ªa de un campo cu¨¢ntico con propiedades an¨¢logas a las del que describe la part¨ªcula de Higgs recientemente descubierta en el CERN. Guth propuso su modelo en el contexto de las llamadas teor¨ªas de Gran Unificaci¨®n, donde la escala de energ¨ªa del inflat¨®n seria del orden de 10^16 GeV, y la escala de tiempo correspondiente ser¨ªan 10^(-41) s. Sin embargo, el mecanismo inflacionario podr¨ªa funcionar tambi¨¦n a escalas de energ¨ªa mucho m¨¢s bajas. Fue Andrei Linde quien demostr¨® que el mecanismo de inflaci¨®n era de hecho muy gen¨¦rico y relativamente f¨¢cil de implementar en marcos te¨®ricos muy diversos (incluyendo, en particular, el marco de la teor¨ªa de cuerdas).

Incluso en sus versiones m¨¢s sencillas, investigadas desde hace m¨¢s de 30 a?os, el modelo inflacionario da lugar a cinco predicciones gen¨¦ricas que pueden ser contrastadas observacionalmente. La primera es que el universo tiene que ser espacialmente plano. Tres predicciones adicionales tienen que ver con las fluctuaciones cu¨¢nticas del inflat¨®n, que se traducen en perturbaciones en la densidad de materia en el momento de la gran explosi¨®n. La primera de ellas es que la densidad de materia puede variar de un punto a otro, pero sin alterar la proporci¨®n de los diferentes ingredientes en la sopa c¨®smica. La segunda predicci¨®n es que dichas perturbaciones tienen aproximadamente la misma amplitud a todas las escalas de longitud, con una ligera ventaja a escalas grandes. La tercera es que la estad¨ªstica que rige la amplitud de las perturbaciones es, en muy buena aproximaci¨®n, la conocida campana de Gauss.

Las cuatro predicciones anteriores han sido confirmadas de manera espectacular mediante observaciones precisas del fondo de radiaci¨®n de microondas, y explican de manera muy satisfactoria el origen de la estructura a gran escala en nuestro universo.

Aun as¨ª, para una parte importante de la comunidad cient¨ªfica, el modelo solo puede quedar validado de manera fehaciente tras comprobarse la quinta de las predicciones, que no es otra que un fondo de ondas gravitatorias producido por la fluctuaci¨®n cu¨¢ntica del espacio-tiempo durante la inflaci¨®n.

La amplitud de dichas ondas gravitatorias depender¨ªa ¨²nicamente de la escala de energ¨ªa del inflat¨®n. A mayor energ¨ªa, mayor amplitud. La reciente observaci¨®n del modo B de polarizaci¨®n en BICEP2 parece indicar que efectivamente la escala de energ¨ªa a la que sucedi¨® la inflaci¨®n es del orden de la escala de Gran Unificaci¨®n, tal como Guth hab¨ªa inicialmente propuesto. Si la inflaci¨®n hubiese tenido lugar a una escala de energ¨ªa mucho menor, tal vez nunca podr¨ªamos tener la fortuna de detectar tales temblores del espacio tiempo. Ser¨ªan demasiado tenues para ser vistos con los instrumentos de que disponemos, o podr¨ªan estar f¨¢cilmente enmascarados. Sin embargo, parece que ah¨ª est¨¢n. Dijo Einstein que Dios puede ser sutil, pero no malicioso. Por supuesto.

Jaume Garriga es catedr¨¢tico de F¨ªsica Te¨®rica, en la Universidad de Barcelona.