El secreto del universo (16 page)

Pero, ¿cuál es la naturaleza del huevo cósmico? Depende de la naturaleza del Universo. A escala subatómica nuestra porción de Universo está formada en su mayor parte por seis tipos de partículas: protones, electrones, neutrones, fotones, neutrinos y antineutrinos. El resto de las partículas existentes están presentes por lo general en cantidades increíblemente pequeñas y podemos pasarlas por alto.

Las partículas subatómicas se agrupan momentáneamente en átomos, los cuales se agrupan para formar estrellas y galaxias. Podemos partir de la base de que los seis tipos de partículas subatómicas que forman nuestra porción del Universo son los únicos elementos presentes y que hasta la más lejana galaxia es esencialmente parecida en su constitución fundamental a nuestros propios cuerpos.

A medida que toda la masa y la energía del Universo se apretuja en el huevo cósmico, los niveles de organización del Universo van colapsándose uno por uno. Las galaxias y estrellas se agrupan en una masa en contracción. Los átomos más complicados se descomponen en átomos de hidrógeno, absorbiendo neutrinos y fotones en el proceso. Los átomos de hidrógeno se descomponen en protones y electrones, absorbiendo fotones en el proceso. Los protones y electrones se combinan para formar neutrones, absorbiendo antineutrinos en el proceso.

Por último, el Universo queda transformado en un huevo cósmico formado por una masa compacta de neutrones: una masa de «neutronio».

Este neutronio, cuando está bien condensado, tiene una densidad de unos 400.000.000.000.000 gramos por centímetro cúbico, de forma que si la masa solar se condensara en esta masa de neutronio formaría una esfera con un radio de unos 10,6 km

Si consideramos que la masa de la galaxia de la Vía Láctea es aproximadamente 135.000.000.000 de veces mayor que la del Sol, entonces la totalidad de nuestra galaxia transformada en neutronio formaría una esfera con un radio aproximado de 54.000 km

Si consideramos que el Universo tiene una masa 100.000.000.000 de veces mayor que la de nuestra galaxia, entonces el huevo cósmico tendría un radio de 251.000.000 km Si hiciéramos coincidir el centro de ese huevo cósmico con el centro de nuestro Sol, la superficie del huevo cósmico coincidiría casi exactamente con la órbita de Marte. Y aun en el caso de que la masa del Universo fuera veinte mil veces mayor que la masa a la que me he referido, el huevo cósmico, de estar formado por neutronio puro y bien compacto, no sería mayor que la órbita de Plutón.

¿Cómo encaja este huevo cósmico en el marco de las conocidas leyes de la conservación de la materia y la energía?

Es fácil suponer que el momento del huevo cósmico en su conjunto es cero si lo definimos como una masa inmóvil. Cuando hace explosión y se expande, los momentos de las porciones individuales del huevo cósmico van en una dirección u otra, pero la suma de todos ellos es igual a cero. Del mismo modo, el momento angular del huevo cósmico puede considerarse igual a cero, pues, a pesar de que las porciones del Universo en expansión tengan momentos angulares individuales distintos de cero, éstos se anulan al sumarlos.

En pocas palabras, resulta tentador intentar establecer una regla según la cual, dada cualquier cantidad conservada, el valor de esa cantidad en el huevo cósmico es cero, o puede ser definido como igual a cero sin ninguna dificultad lógica.

Como, que yo sepa, yo he sido el primero en formular esta idea —sobre todo en la forma que tengo la intención de desarrollar a lo largo de este articulo—, me olvidaré de la modestia y me referiré a ella como «el Principio Cosmogónico de Asimov».

La manera más breve de expresar este principio es: «En el Principio era la Nada.»

Por ejemplo, ¿qué ocurre con la conservación de la carga eléctrica? De las seis partículas que componen el Universo, una de ellas (el protón) está cargada positivamente y otra (el electrón) está cargada negativamente. Estas dos partículas no pueden combinarse y anular la carga eléctrica en condiciones normales, pero durante la formación del huevo cósmico las condiciones pueden llegar a ser lo bastante excepcionales como para forzarlas a combinarse y formar neutrones. La carga eléctrica del huevo cósmico es, por tanto, igual a cero. (En el principio era la No carga eléctrica.)

En el curso de la explosión y expansión del huevo cósmico, naturalmente, aparece la carga eléctrica, pero con igual cantidad de carga positiva y negativa, de manera que el total sigue siendo igual a cero.

¿Y qué ocurre con el número leptónico? De las seis partículas que constituyen el Universo, tres son leptones. El número leptónico del electrón y del neutrino es +1, y el del antineutrino es –1. Al formarse los neutrones, estas tres partículas desaparecen, y resulta razonable suponer que su desaparición se desarrolla de tal manera que anula el número leptónico, con lo que el huevo cósmico tiene un número leptónico de 0.

En general, es posible arreglárselas para demostrar que los valores de todas las cantidades conservadas conocidas por los físicos, excepto dos, son iguales a cero en el huevo cósmico, o pueden definirse lógicamente como iguales a cero. Las dos excepciones son el número bariónico y la energía.

Empecemos por el número bariónico.

Dos de las seis partículas que forman el Universo son bariones: el protón y el neutrón. Cada una de ellas tiene un número bariónico de +1. Dado que entre las partículas constituyentes del Universo no hay ninguna con un número bariónico de –1, no hay ninguna posibilidad de anular el número bariónico, y tampoco ninguna posibilidad (o eso parece por el momento) dé que un huevo cósmico tenga un número bariónico igual a cero. En el proceso de formación del huevo cósmico, naturalmente, los protones desaparecen, pero por cada protón que desaparece se forma un neutrón, y el número bariónico sigue siendo positivo.

De hecho, si el huevo cósmico contiene la masa de 100.000.000.000 de galaxias del tamaño de la nuestra, entonces está formado por 1,6 × 10
⁷⁹
bariones, y su número bariónico es +6.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000. Este número está terriblemente alejado del cero y hace trizas el Principio Cosmogónico de Asimov.

Pero tenemos una salida. Existen partículas con números bariónicos negativos, aun cuando no parecen estar presentes más que en cantidades pequeñísimas en nuestro rincón del Universo. El antineutrón, por ejemplo, tiene un número bariónico de –1. Bien, supongamos que el huevo cósmico no está formado exclusivamente por neutrones, sino por neutrones y antineutrones a partes iguales. Entonces el número bariónico sería cero, como exige el principio.

La mitad compuesta por neutrones del huevo cósmico explotaría y formaría protones y electrones que se combinarían para formar átomos. La mitad compuesta por antineutrones explotaría y formaría antiprotones y antielectrones (positrones), que se combinarían para formar antiátomos.

Resumiendo, hemos dado por válida la suposición de que el Universo está formado por materia y antimateria a partes iguales; pero, ¿es esto cierto? Es absolutamente inconcebible que el Universo esté constituido por materia y antimateria mezcladas, pues de ser así éstas se combinarían inmediatamente para formar fotones. (Que es exactamente lo que ocurre cuando nosotros conseguimos, con un esfuerzo ímprobo, producir una cantidad insignificante de antimateria en el laboratorio.) Un Universo constituido por materia y antimateria a partes iguales estaría compuesto por una masa de fotones, que no son ni materia ni antimateria. El huevo cósmico no sería otra cosa que fotones condensados.

Pero el Universo
no
está compuesto únicamente de fotones. Por tanto, si está compuesto por partes iguales de materia y antimateria, éstas tienen que estar separadas —y de una manera eficaz— para que no se combinen y formen fotones. La única distancia que las separaría lo bastante tendría que producirse a escala galáctica. Es decir, es posible que haya galaxias compuestas de materia y otras compuestas de antimateria. Galaxias y antigalaxias, por decirlo así.

Por ahora nos resulta imposible determinar si el Universo contiene realmente galaxias y antigalaxias. Si una galaxia y una antigalaxia se encontraran, se producirían enormes cantidades de energía durante el proceso de aniquilación de la materia y la antimateria. Hasta el momento no se ha detectado ningún caso claro de un acontecimiento de este tipo, aunque si se sabe de algunos casos que inducen a sospechas. En segundo lugar, las galaxias producen enormes cantidades de neutrinos cuando los átomos de hidrógeno se transforman en átomos de helio en las estrellas de su interior, y las antigalaxias producen enormes cantidades de antineutrinos gracias a un proceso análogo que tiene lugar en la antimateria. Cuando los astrónomos sean capaces de detectar neutrinos y antineutrinos en las galaxias lejanas y de establecer su origen sin lugar a dudas, es posible que lleguen a identificarse las diferentes galaxias y antigalaxias.

En un Universo constituido por galaxias y antigalaxias podemos representarnos el aplastamiento del huevo cósmico de un modo diferente. Se formarían neutrones y antineutrones, que se anularían mutuamente para formar fotones. El huevo cósmico estaría formado por «fotonio» en lugar de neutronio. Lo que no soy capaz de imaginarme es qué clase de propiedades tendría el fotonio.

Pero ¿cuál es la causa de que el fotonio se descomponga en materia y antimateria de tal manera que haga posible la formación de galaxias separadas de cada tipo? ¿Por qué no se descompone el fotonio en neutrones y antineutrones tan bien combinados que se anulen inmediatamente entre sí? Resumiendo: ¿por qué no es estable el fotonio? ¿Por qué no sigue siendo fotonio?

Bueno, según algunas teorías, una antipartícula no es más que una partícula que se mueve hacia atrás en el tiempo. Si se filma un positrón en un campo magnético, por ejemplo, aquél parece curvarse hacia la izquierda y no hacia la derecha, como haría un electrón en las mismas condiciones. Pero si pasamos la película al revés, entonces el positrón se mueve hacia la derecha como un electrón.

A escala subatómica, no tiene importancia que el tiempo se mueva «hacia delante» o «hacia atrás» en lo que se refiere a las leyes de la naturaleza, y es posible formular explicaciones lógicas de los acontecimientos subatómicos según las cuales las partículas se mueven hacia delante en el tiempo y las antipartículas hacia atrás.

¿Podría entonces ocurrir que el huevo cósmico de fotonio, con un número bariónico igual a cero, se descompusiera en dos huevos más pequeños, uno de neutronio y el otro de antineutronio, y que aquél se moviera hacia delante en el tiempo y éste hacia atrás, de manera que se encuentren fuera del alcance el uno del otro antes de tener oportunidad de interactuar? Podemos llamar al huevo de neutronio con un número bariónico positivo «cosmón». Y al huevo de antineutronio con un número bariónico negativo «anticosmón».

Podemos imaginarnos al cosmón y al anticosmón sufriendo un proceso de expansión y separándose cada vez más a lo largo del eje temporal. Comenzamos con unos pequeñísimos cosmón y anticosmón, ambos cerca del punto cero del eje temporal. A medida que se desplazan, se van haciendo cada vez mayores y cada vez se encuentran más separados
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.

Concentrémonos de momento en el cosmón (nuestro Universo). A medida que éste se expande, las diferentes formas de energía se despliegan en su interior de manera cada vez más uniforme. Decimos entonces que aumenta la entropía; en efecto, la entropía ha sido llamada en ocasiones «la flecha del tiempo». Si aumenta la entropía, es señal de que el tiempo se mueve hacia delante.

Pero cuando el cosmón comienza a contraerse, todos los procesos atómicos y subatómicos ocurridos durante la expansión empiezan a invertirse. Entonces la entropía comienza a disminuir y el tiempo empieza a moverse hacia atrás.

En otras palabras, el cosmón se mueve hacia delante en el tiempo cuando está en expansión y hacia atrás cuando se contrae. El anticosmón (que funciona de manera simétrica) se mueve hacia atrás en el tiempo cuando está en expansión y hacia delante cuando se contrae. Cada uno de ellos repite este proceso una y otra vez.

En lugar de un Universo oscilante tenemos un doble Universo oscilante, con las dos oscilaciones exactamente en fase y los dos universos reuniéndose para formar conjuntamente un huevo cósmico de fotonio.

Pero aunque esta representación resuelve el problema del número bariónico, no ocurre lo mismo con el problema de la energía.

La ley de conservación de la energía es la generalización más fundamental que conocemos y, dejando aparte la compartimentación que he hecho hasta ahora, el Universo, la combinación del cosmón y el anticosmón, está formado por energía.

Si el cosmón está formado por 1,6 × 10
⁷⁹
neutrones y las partículas producidas por ellos, y el anticosmón por 1,6 × 10
⁷⁹
antineutrones y las partículas formadas por ellos, entonces el contenido total de energía del huevo cósmico de fotonio formado por la reunión del cosmón y el anticosmón debe de ser de alrededor de 4,8 × 10
⁷⁶
ergios. Este contenido forzosamente ha de existir siempre, en todas las fases de la separación, expansión, contracción y fusión del cosmón y el anticosmón.

Este es el último obstáculo que tiene que superar el Principio Cosmogónico de Asimov, ya que en el huevo cósmico de fotonio todas las cantidades conservadas son iguales a cero
excepto
la energía.

¿Cómo haremos entonces para igualar también la energía a cero? Para ello es necesario postular la existencia de lo que podríamos llamar energía negativa.

No existe tal cosa,
que nosotros sepamos
. Jamás ha sido observada. Sin embargo, el principio hace necesaria su existencia.

En un Universo compuesto únicamente por energía negativa, todas las manifestaciones serían claramente idénticas a las de nuestro propio Universo, compuesto por energía ordinaria. Sin embargo, si se reuniera una porción de energía ordinaria con otra de energía negativa, se anularían entre si y producirían la Nada.

Hay casos de cancelación parcial de las propiedades físicas con los que todos estamos familiarizados. Dos bolas de billar que se muevan en direcciones opuestas a la misma velocidad y cubiertas de cola para que se queden pegadas al chocar, se quedarán completamente inmóviles si chocan de frente. El momento habrá siendo anulado (pero la energía del movimiento de las bolas de billar se transformará en calor). Dos ondas sonoras o luminosas que estén exactamente en oposición de fase se combinarán dando lugar al silencio o a la oscuridad (pero el contenido energético de las ondas se transformará en calor).