La teoría inflacionaria de Alan Guth

Así se fraguó la teoría inflacionaria sobre el origen del universo

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Desde el Big Bang hasta ahora, un viaje por el espacio-tiempo. ESA

Big Bang es la teoría que explica el origen del universo que conocemos, pero falla al explicar qué sucedió los primeros instantes, el primer segundo de existencia. De momento, la cosmología se encuentra estancada en esa línea de horizonte que nos impide conocer regiones del cosmos de la que todavía no alcanzamos a ver la luz.

La aportación del genial Alexander Friedman

Aunque Einstein era reacio a admitirlo, de su Teoría General de la Relatividad, se infería que el universo se encontraba en expansión, como demostrarían Lemaître y Hubble.

Fue el físico ruso Alexander Friedman (1888-1925) quien expuso su propuesta 10 años antes que Hubble, pero en Rusia entonces pintaban bastos, ya que se vio implicado en la Primera Guerra Mundial y en la revolución de los soviets.

Cuenta el físico João Magueijo, en su libro Más rápido que la velocidad de la luz, que Friedman escribió con radical humor eslavo a un amigo: "mi vida es bastante rutinaria a excepción de algunos accidentes como una explosión de metralla a seis a 6 m de distancia, el estallido de bomba austriaca a menos de 30 cm, que no tuvo consecuencias demasiado graves y una caída que sólo me acarreó un corte en en el labio superior e inmensos dolores de cabeza. Pero uno se acostumbra a todo…".

Sus extraordinarias dotes matemáticas fueron dispuestas para conseguir que las bombas y aviones rusos alcanzaran con precisión sus objetivos. Pero su capacidad de trabajo era "electrizante": creó institutos de investigación soviéticos, dio clases, volaba en globo y trabajaba por su cuenta tanto en dinámica de fluidos como en mecánica.

Einstein empecinado

En 1922 con 34 años, estudió la relatividad, que por restricciones políticas apenas era conocida en la Unión Soviética. Para divulgarla entre sus alumnos preparó libros de texto sobre la relatividad a la vez que desarrollaba sus propios cálculos que demostraban un universo en expansión frente a la idea de Einstein que equivocadamente se aferraba a la de un universo estático.

Friedman público sus conclusiones en 1922 en una revista científica alemana, pero empecinado Einstein atacó sus conclusiones, insinuando maliciosamente que había errado en los cálculos ("la solución ofrecida no satisface las ecuaciones de campo", dijo).

El ruso, que idolatraba a Einstein, buscó sus errores, pero sólo podía llegar a una conclusión, que el maestro alemán se equivocaba y así se lo hizo notar en una carta. Por fin, Einstein tuvo que admitir el error y disculparse.

Alan Guth y la inflación tras el Big Bang

El modelo de universo propuesto por Friedman es el que siguen los modernos cosmólogos como Alan Guth. Guth es el padre de la teoría inflacionaria que asegura que podemos conocer lo que sucedió un segundo después de la explosión inicial, pero ese insondable segundo escapa a las matemáticas.

Porque ¿cómo se expandió tan rápido para alcanzar su tamaño actual? Según Alan Guth durante la primera fracción de tiempo tras la explosión inicial, 10-34 segundos, el universo sufrió un proceso de expansión (inflación) muy rápida. En ese instante duplicó su tamaño hasta 90 veces. ¿Qué impulsó esta mezcla caliente y densa de energía y materia? La energía oscura, esa misteriosa fuerza impulsó la expansión que enfrió el universo y dio lugar al proceso de generación de la materia y la extraña urdimbre del espacio tiempo.

Esta teoría explica el porqué de un universo tan grande aunque "solo" tenga 13 700 millones de años. Se trata de la energía oscura que empuja y acelera el cosmos.

La física de partículas explica los enigmas cosmológicos

Henry Tye trabajaba con Alan Guth en un problema que nadie en cosmología quería abordar, como era el del hipotético monopolo magnético. Las presiones para trabajar en algo más práctico impulsó a Tye a abandonar y se perdió la gloria porque la sorpresa llegó para Guth, ya trabajando en solitario, cuando estudió el tipo de gravedad que surgía de la materia súper fría y comprobó que se comportaba igual que la constante cosmológica, aquella que Einstein había considerado su mayor error.

Y ese universo súper frío resolvía casi todos los grandes enigmas cosmológicos que planteaba la teoría del Big Bang.

A la postre, la física de partículas parecía explicarlos. Alan bautizó su teoría con el nombre de inflación.

Allan Guth comenzó a estudiar el comportamiento de las partículas en los primeros instantes del universo y para conseguir que la teoría del Big Bang cuadrase con el cambio de transacciones de fase que ocurren en las partículas, Guth consideró que en el momento posterior inmediato del Gran Estallido, el universo tenía que ser un horno de 1027° kelvin. A medida que el universo se expandía y disminuía su temperatura, la lava de partículas original se fue enfriando y formando las partículas que hoy conforman nuestro universo.

¿Acabará alguna vez la expansión del universo?

La constante cosmológica ejerce una repulsión gravitatoria y causa una expansión sumamente rápida del universo. El universo no se expande, sino que primero se infla de repente y a medida que se congela el flujo de partículas, el proceso expansivo se retoma. Para que este proceso tenga lugar se requiere que en estos primeros instantes, la velocidad sea superior a la de la luz. Consideramos que el horizonte de este universo se encuentra a 13.800.000.000 de años luz, sin embargo el tamaño actual del horizonte es el triple del que tendríamos que esperar.

Yakov Zeldovich propuso un universo oscilante o pulsante, un modelo en que el universo se expande según el Big Bang, pero en un momento de inflexión, el universo deja de expandirse y comienza la contracción que debe alcanzar el estadio final, el Big Crunch, la gran contracción. El universo se contrae a la misma velocidad que se ha expandido anteriormente y habrá un momento en que las cosas se precipiten y por efectos gravitatorios cuánticos el proceso debe ser similar al que afectó al universo en expansión.

Pero la contracción puede colapsar en un nuevo Big Bang, en un proceso que se repetiría indefinidamente. Este proceso se conoce también como universo Fénix, pero su denominación habitual es universo oscilante.