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DEL QUARK AL MULTIVERSO


Por supuesto, decir que un objeto está a 13.700 millones de años-luz de distancia está muy bien, pero ¿podemos entender realmente la escala del Universo? Es posible apreciar plenamente la distancia entre, digamos, Londres y Nueva York, o incluso la distancia entre la Tierra y la Luna -aproximadamente 400.000 kilómetros-, que es aproximadamente diez veces la circunferencia de la Tierra, y muchas personas han recorrido una distancia mayor que ésta durante su vida. Pero ¿cómo se entiende realmente 150 millones de kilómetros, la distancia al Sol? Y cuando consideramos la estrella más cercana, a 4,2 años-luz (aproximadamente 40 billones de kilómetros), nos sentimos completamente incapaces... Las galaxias están enormemente más lejanas que esto: incluso las vecinas más próximas a la Vía Láctea, tales como la galaxia Andrómeda, están a más de 2 millones de años-luz.

En el otro extremo de la escala, visualizar el tamaño de un átomo, que no puede verse individualmente con ningún microscopio ordinario, es igualmente difícil. Se ha dicho que, a escala, un ser humano está a mitad de camino entre un átomo y una estrella. Es interesante que éste sea también el régimen en el que la física se hace más complicada; a escala atómica tenemos la física cuántica; a escala grande, la relatividad. Es entre estos extremos donde nuestra falta de comprensión de cómo combinar estas teorías se hace realmente manifiesta. El científico de Oxford Roger Penrose ha escrito con convicción sobre su creencia que, sea lo que sea lo que nos falta para nuestra comprensión de la física fundamental, nos falta también para la comprensión de nuestra consciencia.

También es útil preguntar cuántos átomos hay en el Universo. Una estimación ha dado con un número total tan grande como 10^79, o en otras palabras, un 1 seguido de 79 ceros.

Tradicionalmente hemos visto los átomos como constituidos de tres partículas fundamentales: el protón (que lleva una unidad de carga eléctrica positiva), el neutrón (sin ninguna carga) y el mucho menos masivo electrón (que lleva una unidad de carga negativa). Tanto los protones como los neutrones están formados por quarks, las partículas más pequeñas conocidas hasta ahora. Dicho sea de paso, no es nada fácil definir lo que es la carga eléctrica en el nivel atómico. Bastará pensar en la carga como una propiedad que pueden tener las partículas, de la misma forma que tienen un tamaño y una masa. La carga se da siempre en porciones de tamaño fijo que llamamos carga unidad.

Clásicamente se considera que estas partículas se organizan como un sistema solar en miniatura, con los electrones en órbita en torno a un núcleo compuesto central, que contiene protones y neutrones. Este núcleo porta una carga eléctrica positiva, que está equilibrada exactamente con la carga combinada de los electrones orbitales. En nuestro Sistema Solar planetario, la fuerza de la gravedad mantiene a los planetas en sus órbitas alrededor del Sol central, pero en el átomo es la atracción entre el electrón cargado negativamente y el núcleo positivo la que mantiene a los electrones en sus órbitas.

Desde el primer tiempo de Planck en adelante, este Universo inconcebiblemente pequeño e inconcebiblemente caliente empezó a expandirse y con ello también a enfriarse. El Universo era un océano de quarks, cada uno de los cuales tenía una enorme cantidad de energía, moviéndose a enorme velocidad. Como resultado, no podía haber átomos ni moléculas del tipo que conocemos hoy, porque éstas son estructuras complicadas, completamente incapaces de sobrevivir a la irrupción de muy altas temperaturas; los quarks eran simplemente demasiado energéticos para ser capturados y quedar confinados dentro de protones o neutrones. En lugar de ello, eran libres de pasearse por el Universo niño hasta que chocaban con sus vecinos. Además de quarks, esta primitiva sopa de partículas subatómicas contenía también antiquarks: gemelos idénticos pero con cargas eléctricas opuestas.

Un Universo que ha sufrido inflación es como esta última esfera. Puesto que se ha inflado hasta un tamaño tan enorme, nuestro Universo observable es sólo una proporción minúscula de él y sólo podemos medir sus propiedades locales. Podemos concluir, correctamente, que el Universo que podemos ver tiene una geometría plana. En un Universo tan inmenso no podemos saber nada sobre su geometría más allá del alcance de nuestras observaciones. Independientemente de cuál de las muchas geometrías posibles tenga el Universo, la inflación nos dice por qué nuestras medidas indican que es plano.

Tras el final de la inflación, el Universo siguió expandiéndose y enfriándose a un ritmo menor. Alrededor de tres segundos después del Big Bang, la temperatura había caído hasta aproximadamente 1.000 millones de grados Kelvin. Alrededor de tres cuartas partes del material en el Universo era hidrógeno, y casi todo lo demás era helio (recordemos que el átomo de helio tiene dos electrones que orbitan en torno a un núcleo compuesto de dos protones y dos neutrones).

Este es un extraordinario viaje, desde el quark al Universo y de éste al Multiverso, una teoría que cada vez tiene más aceptación entre la comunidad científica.