El universo hasta el Big Bang

He leído un libro sobre el Big Bang apasionante. Voy a intentar hacer una entrada sobre el tema, pero si tenéis tiempo os aconsejo leer El momento de la creación. Del Big Bang hasta el Universo actual de James S. Trefil. Lo aconsejo incluso a gente inexperta en la materia, de letras, porque haciendo un esfuerzo de pasar por encima de las cosas más  técnicas, se puede entender bastante bien.

            Los científicos llegan a la conclusión de que vivimos en un universo en expansión, porque observan el resto de galaxias que nos rodean y comprueban que cada vez se alejan más de la nuestra. Es lo que se llama corrimiento hacia el rojo (se refiere al espectro de la energía, para los más entendidos). Esto es una consecuencia del Big Bang que se considera el origen del universo. Sin embargo, para llegar desde ahora al Big Bang no se puede suponer solo una contracción de la materia... Hay muchas más cosas en juego.

            El universo actual está formado por átomos, y lleva formado por átomos unos 500000 años. Pero hace 500000 años existieron las condiciones de presión y de temperatura para que los átomos no pudieran existir: la materia se encontraba formando un plasma. El plasma es considerado el cuarto estado de la materia, y se puede conseguir en un laboratorio de hoy en día. Es como una nube de electrones, protones y neutrones en las que, a pesar de tener cargas opuestas, las partículas pueden moverse de manera independiente. Los núcleos en este plasma eran protones, deuterones, helio 3 y helio 4. Pero a 3 minutos del Big Bang ni siquiera existían los núcleos: no se daban las condiciones necesarias para su formación. Estamos en la era de las partículas, que cumplen la famosa ecuación de Einstein: E=mc², que significa que la energía puede transformarse en masa, y la masa en energía.

            Si retrocedemos aún más en el tiempo, a 10^-3 del Big Bang, encontramos que no existen las partículas como el electrón o el protón: estamos en la era de los quarks, que posteriormente quedarían confinados en el interior de las partículas, de manera que hoy en día, no se ha encontrado ningún quark en estado libre. Los quarks, además de formar partículas tienen unas características cuando menos curiosas como la extrañeza, la belleza, la verdad o el color. Son nombres que se dan a sus propiedades que son de la misma naturaleza que la carga eléctrica. Igual que no se puede cuestionar que las partículas estén cargadas, están estas otras propiedades de nombre curioso...

            Podemos seguir yendo hacia atrás y esto ya empieza a dar vértigo... Porque estamos a 10^-10 segundos del Big Bang, y aquí nos pararemos brevemente para ver cómo los físicos entienden el universo: A los físicos les gusta explicar el universo con 12 tipos de partículas (que acaban siendo más...) y cuatro fuerzas: la gravitatoria, la electromagnética, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil. Pero no solo eso, sino que entienden dichas fuerzas como un intercambio de partículas. Es decir: la Luna gira alrededor de la Tierra porque intercambian entre ellas un chorro de gravitones (partícula que aún no se ha encontrado en el universo), y así sucede con el resto de las fuerzas. Esto ocurre a tal velocidad que no viola la ley de conservación de la energía o de la masa, porque no puede ser detectado: simplemente ocurre.

            Pues bien, a  10^-10 segundos del Big Bang se produce la unificación de la fuerza electromagnética con la fuerza nuclear débil, dando lugar a una única fuerza que se llama electrodébil. Nos encontramos en un universo con una simetría mayor, que al perder energía tras los  10^-10 segundos pierde también la simetría de sus fuerzas.

            Existe una teoría física que describe la fuerza nuclear fuerte como un intercambio entre los quarks de partículas llamadas gluones. Se ha demostrado también que antes de los  10^-35 segundos del Big Bang se produce la unificación de las fuerzas electrodébil y fuerte a energías muy altas y con una muy alta simetría.

            Llegamos ya al llamado tiempo de Planck ( a 10^-43 segundos del Big Bang), que es lo máximo que han podido retroceder los físicos. Si la naturaleza se comporta de la forma esperada, éste sería el tiempo en el que se rompería la simetría y unificación de las fuerzas fuerte-electrodébil y gravitatoria. Si se consiguiera demostrar esta unificación, los primeros 10^-43 segundos del Universo habrían sido un período sencillo y bello en extremo. Solo habría un tipo de partícula, porque serían intercambiables sin ninguna diferencia: “la unificación de todas las cuatro fuerzas dejaría solo un tipo de interacción. El Universo tendría, por tanto, la simplicidad suprema: todas las partículas serían del mismo tipo e interaccionarían entre sí a través de una sola clase de fuerza. Para el físico, esta situación es tan bella y elegante en sí que, sencillamente, la idea tiene que ser cierta. Por supuesto, queda por ver si la naturaleza siente lo mismo.”

            Claramente esto es un resumen muy resumido, por eso os aconsejo que intentéis leer el libro. Esta entrada se está haciendo demasiado larga así que continuaré con el tema en otra. Pero antes, trataré de contestar las preguntas de Leti: los físicos con los aceleradores de partículas pretenden conseguir temperaturas altísimas que se correspondieran con alguna de las etapas del universo, para ver así cómo se comporta la materia. Por cada avance hacia atrás, descubren nuevas partículas que necesitan para confirmar sus teoría, que siempre están basadas en la  relatividad de Einstein. Por eso, que los neutrinos no se comporten según la regla general podría alterar la concepción de la física actual.