Guido Tonelli

"El vacío es algo vivo, una sustancia dinámica e incesantemente mutable, henchida de potencialidades, preñada de opuestos. No es la nada, sino, por el contrario, un sistema desbordante de cantidades ilimitadas de materia y antimateria. En cierto modo, se parece de verdad al número cero, como pensaban los matemáticos indios. Lejos de ser un nonúmero, el cero contiene el conjunto infinito de números positivos y negativos, organizados en parejas simétricas, de signo opuesto, con suma cero. La analogía podría extenderse al silencio, entendido como superposición de todos los sonidos posibles que se borran entre sí cuando se suman en oposición de fase, o a la oscuridad que puede nacer de la interferencia destructiva de las ondas luminosas. La hipótesis de que todo puede originarse a partir de una fluctuación cuántica del vacío surge de forma natural cuando se considera que, en nuestro universo, la energía negativa debida al campo gravitacional borra exactamente la energía positiva vinculada a la masa. Un universo con estas características puede nacer a causa de una simple fluctuación y las leyes de la mecánica cuántica nos dicen que puede durar para siempre. El universo de energía total nula constituye una importante variante de la teoría tradicional del Big Bang, que hace superflua la presencia de una singularidad inicial."

Guido Tonelli

Génesis: el gran relato de la creación del universo, página 37

EN LA ERA MÍTICA DE LA GRAN UNIFICACIÓN

La inflación no es el primer acto que tiene lugar en el escenario, por más que sea decididamente uno de los más espectaculares. No estamos en condiciones de describir lo que sucedió en los brevísimos momentos anteriores, pero sabemos que ocurrieron cosas importantes. Un muro insuperable nos impide comprenderlo. Solo podemos aventurar conjeturas, al igual que los prisioneros de la caverna de Platón.

Encadenados desde la infancia, con las piernas y el cuello bloqueados por sujeciones, sin ninguna experiencia del mundo externo, no pueden percibir directamente lo que sucede fuera de la caverna, más allá del muro. Por eso construyen su visión del mundo a partir de las sombras que aparecen en la pared. Algo así hacemos los científicos para tratar de adivinar lo que pudo haber sucedido antes de la inflación. Solo podemos ver sombras e imaginar.

Realizamos mediciones precisas de la escala energética que podemos explorar directamente, a través de los aceleradores de partículas o estudiando los fenómenos más energéticos que se producen en el cosmos. Luego extrapolamos estos resultados a la escala de la energía que no podemos estudiar directamente y desarrollamos conjeturas congruentes con todas las observaciones recogidas.

Estamos hablando de la fase inicial de la vida del universo, cuya duración, increíblemente corta, es la del tiempo de Planck, 10−43 segundos, que corresponde a un tamaño del universo de 10−33 centímetros. Con estas proporciones, el espacio no es liso ni inerte, sino que bulle de partículas virtuales que aparecen y desaparecen a un ritmo infernal. Nace de todo ello una efervescencia cuántica desenfrenada, un espacio tumultuoso y caótico que se llena de asperezas y de falta de uniformidad. En estas dimensiones, la espuma cuántica hierve espasmódicamente y fluctúa sin cesar. La curvatura y la topología de esta región solo pueden describirse en términos probabilísticos.

Ninguna de las teorías físicas actuales es capaz de describir correctamente lo que sucedió en la era de Planck y de las distintas hipótesis surgen diferentes predicciones. Más allá del muro que nos imposibilita la visión, se ocultan los secretos de la gravedad cuántica, la quimera que generaciones de físicos llevan décadas persiguiendo. Tal vez la insignificante región bulla de pequeñas cadenas oscilantes que evolucionan en 10 o 26 dimensiones, o tal vez el espacio tenga una estructura discreta organizada en bucles infinitesimales, o quizá los trucos que la naturaleza ha desarrollado para cuantizar la gravedad exceden el esfuerzo imaginativo que los humanos hemos sacado a relucir hasta hoy.

Nadie ha logrado hasta ahora echar un vistazo a esos momentos tan cercanos al instante inicial o explorar distancias tan diminutas. Tan solo pueden proponerse hipótesis razonables sobre los fenómenos dominantes en ese intervalo de tiempo: creemos que se trata de la era de la Gran Unificación. Las fuerzas fundamentales están unificadas en un solo campo: una única superfuerza primordial gobierna la insignificante porción de espuma que se convertirá en nuestro universo.

El mundo entero en el que vivimos se mantiene unido gracias a fuerzas que podemos clasificar en orden decreciente de intensidad. La primera de la lista es la interacción nuclear fuerte, la que mantiene unidos los quarks para formar protones y neutrones y forma con ellos los núcleos de los diversos elementos. De ahí proviene la energía que se desprende de los artefactos nucleares o la que mantiene encendidas las estrellas. La fuerza débil es más tímida y decididamente menos llamativa. Actúa solo en distancias subnucleares y rara vez ocupa el centro de la escena. Aparece en algunas desintegraciones radiactivas, aparentemente insignificantes, pero vitales en realidad para la dinámica del universo. La fuerza electromagnética mantiene unidos átomos y moléculas y regula con sus propias leyes la propagación de la luz. La gravedad es de lejos la más débil, aunque sea mucho más popular que las demás. Actúa siempre que se presenta una masa o energía e impregna todo el cosmos, regulando el movimiento de los más pequeños asteroides del sistema solar hasta los cúmulos de galaxias más gigantescos.

Hoy, en este universo viejo y frío que habitamos, estas fuerzas actúan por separado y tienen una intensidad y un radio de acción distintos. Pero lo que hemos verificado, en innumerables experimentos, es que todo esto varía con la densidad de energía. A medida que crece, parece como si se instaurara un principio de justicia e igualdad: «Los fuertes serán menos fuertes, y los débiles serán menos débiles». La fuerza fuerte disminuye su intensidad y lo mismo sucede con la fuerza electromagnética. Por el contrario, la intensidad de la interacción débil crece hasta el extremo de que puede predecirse dónde convergerán las tres curvas: la energía con la que se fusionarán en una sola fuerza.

En todo esto, la gravedad permanece un poco apartada: es tan débil que no podemos medir las variaciones de su intensidad en las escalas de energía exploradas hasta ahora, pero resulta natural permitir que entre en juego.

Llamamos era de Planck a este período primordial en la evolución del universo, dominado por una superfuerza que unifica las cuatro fuerzas fundamentales. Es como imaginar una especie de edad de oro, la alianza sagrada entre hombres y dioses, que viven juntos compartiendo amores y celos.

En el diminuto y ardiente universo de los orígenes rigen simetrías elegantes y perfectas que se rompen, una tras otra, a medida que todo se enfría.

Una primera dramática separación tiene lugar precisamente en la era de Planck, cuando la gravedad se disocia del resto de las fuerzas. Inmediatamente después, otra transición de fase separa la fuerza fuerte de la electrodébil.

Nuestra historia ya ha dado comienzo antes de que la inflación produzca la gran explosión: en una minúscula porción de vacío, el campo de una superfuerza recorre, gradualmente, transformaciones de fase, rupturas de simetría que separan las diversas interacciones entre sí. Las sucesivas cristalizaciones del campo primordial poblarán nuestro mundo con las cuatro interacciones fundamentales y todo cambiará, de repente.

A diferencia de lo que sucedió con las dos primeras rupturas de la simetría, para la siguiente, que separa definitivamente la fuerza débil de la electromagnética, hemos recopilado datos inequívocos que nos permiten contar una historia detallada. Hemos podido estudiarla en el laboratorio, reproduciéndose en el CERN, con el descubrimiento del bosón de Higgs, el protagonista principal de lo que sucedió 10−11 segundos después del Big Bang.

Guido Tonelli

Génesis: el gran relato de la creación del universo, página 53

"En resumen, los datos de observación más sofisticados y completos recogidos hasta ahora nos dicen de manera coherente que el misterio del origen del universo está oculto en la más simple de las hipótesis, que, entre otras cosas, resuelve a la vez la pregunta que parecía hacer vacilar la hipótesis del Big Bang. En un universo de energía total nula, no hay necesidad de ningún extraño mecanismo que concentre en la singularidad inicial enormes cantidades de materia y energía, porque en ese punto había energía nula y el sistema que nació de él, y que llamamos el universo, sigue teniendo energía nula. El físico y cosmólogo Alan Guth, uno de los primeros partidarios de esta teoría, la define como el más hermoso ejemplo de un enorme almuerzo gratis proporcionado por el vacío cuántico. Que el universo entero proviene del vacío o, mejor dicho, que sigue siendo lisa y llanamente un estado de vacío que ha sufrido una metamorfosis parece ser la hipótesis más convincente de la cosmología moderna; o por lo menos la más congruente con la innumerable serie de observaciones recogidas hasta ahora."

Guido Tonelli

Génesis: el gran relato de la creación del universo, página 31

"Hoy nos resulta difícil no sonreír ante las ingenuas imágenes que los mejores científicos de distintas épocas concibieron antes de que tener a su disposición los telescopios modernos. La palabra universo contiene las raíces latinas de unus, uno, y versus, participio pasado de vertĕre, girar. Lo empleamos como sinónimo del todo, por más que su significado literal sea «aquello que gira por completo en la misma dirección», es decir, contiene un residuo de las antiguas creencias que atañen a un sistema estable y ordenado de cuerpos en rotación. Este prejuicio aúna las antiguas concepciones de Aristóteles y Ptolomeo con los modelos más modernos de Copérnico y Kepler. El universo geocéntrico y el heliocéntrico son absolutamente diferentes desde un punto de vista conceptual. Durante casi dos mil años los estudiosos de todo el planeta se prodigaron en cálculos y disputas interminables sobre el movimiento de las maravillosas esferas concéntricas que albergaban la Luna, el Sol, los planetas y las estrellas fijas. Luego, de repente, esta visión del mundo se derrumbó. Retirar la Tierra del centro de la creación no era un simple detalle. Para la sociedad del siglo XVII supuso una terrible conmoción cultural, filosófica y religiosa. A partir de ese momento el mundo nunca volvió a ser el mismo. Sin embargo, si miramos las cosas desde cierta distancia, los dos sistemas, que parecen tan irreconciliables que en su nombre se llegó a derramar sangre, tienen una estructura muy parecida. Ambos describen un universo inmutable, estacionario, una maquinaria perfecta que garantiza una armónica, perenne rotación. Aunque lo que la haga funcionar sea «el amor que mueve el sol y las demás estrellas» o la fuerza gravitacional de Galilei y Newton, la esencia no cambia."

Guido Tonelli

Génesis: el gran relato de la creación del universo, página 18

"La diferencia entre un rotundo éxito científico y el peor de los fracasos se oculta a menudo en un estúpido e insignificante detalle."

Guido Tonelli

Génesis: el gran relato de la creación del universo, página 10

"Los límites impuestos por la relatividad —que nada pueda moverse a una velocidad mayor que c— son válidos si algo se mueve dentro del espacio. Para el propio espacio, que se expande en el vacío o, para ser más precisos, transforma el vacío en espacio, estas restricciones no valen. No hay límites de velocidad para el universo niño que corre hacia su futuro."

Guido Tonelli

Génesis: el gran relato de la creación del universo, página 44