expansión cósmica

En el corazón de una ciudad antigua se alza una torre con un reloj que no se ha ajustado desde su construcción. Por su retraso se puede calcular cuánto se ha estirado el tiempo desde entonces.

El haz de un reflector se pierde en la oscuridad, pero si lo seguimos hacia atrás, chocamos con la lámpara. Con la historia del universo quizás ocurre lo mismo: al rastrear su expansión hacia atrás, nos topamos con un comienzo. Los físicos tomaron el modelo más simple: un universo que se estira por igual en todas direcciones, como un cubo cuyos lados crecen.

Las estrellas más masivas son como globos demasiado inflados: su envoltura ya no se estira, sino que empieza a expulsar materia rápidamente. En cierta etapa, la pérdida de masa se vuelve tan intensa que la estrella deja de aumentar de tamaño. Los astrónomos observan este momento como una inflexión en un diagrama donde las estrellas se ordenan por luminosidad y temperatura.

El modelo cosmológico estándar ΛCDM (que incluye energía oscura y materia oscura fría) es la partitura de una sinfonía cósmica. Describe cómo, tras el Big Bang, el espacio se expandió. Cómo se agrupó la materia oscura. Cómo se encendieron las galaxias.

La gravedad es una fuerza asombrosamente débil. Un pequeño imán sostiene un clip desafiando la atracción de todo un planeta. Los físicos han buscado durante mucho tiempo la causa de esta debilidad, y una de las conjeturas nos lleva a dimensiones ocultas. Quizás la gravedad se 'extiende' por ellas, perdiendo fuerza en nuestro mundo tridimensional.

Un rayo de luz que se desliza a lo largo del horizonte de un agujero negro no solo se mueve: también transporta calor e información. Los físicos sospechaban desde hace tiempo que la geometría de tales rayos obedece reglas estrictas, pero los detalles permanecían difusos. El nuevo trabajo convierte estas reglas en una desigualdad clara.

El disco galáctico se parece a una onda congelada en el agua: cada perturbación deja una marca que puede leerse miles de millones de años después. Cuando una galaxia enana satélite pasa de cerca o se produce una fusión frontal, las estrellas del disco empiezan a oscilar, como boyas mecidas por una ola.

Una computadora cuántica se apoya en dos fuerzas: el entrelazamiento (las partículas se comportan como un todo único) y la «magia», una medida de cuán lejos está el estado de la física clásica habitual. Pero cómo se relacionan estos dos recursos cuando un sistema de muchas partículas evoluciona en el tiempo seguía siendo un misterio.

La onda cuántica se asemeja a una fotografía de larga exposición: todo está borroso, pero es precisamente esa borrosidad la que muestra el movimiento. Normalmente, estas ondas congeladas se consideran una abstracción conveniente.

Cuando después del Big Bang el cosmos en enfriamiento perdía la simetría primordial, en los campos surgían tensiones, como si en un vidrio que se solidifica crecieran microfisuras. Los monopolos globales, predichos por Gerard 't Hooft y Polyakov, se convirtieron en «cicatrices» similares en el tejido del universo.

En la gran orquesta del universo, cada instrumento tiene su propio ritmo. Los electrones en el átomo realizan saltos cuánticos en femtosegundos, las neuronas del cerebro intercambian señales en milisegundos, y una persona necesita décimas de segundo para percibir el «ahora».

Cuando miramos al espacio profundo, vemos el pasado. La ley de Edwin Hubble convierte el corrimiento al rojo en una máquina del tiempo: la luz de la galaxia UDS 12999 tardó 7.600 millones de años en llegar hasta nosotros — más de la mitad de la vida del Universo.

En los primeros instantes después del Big Bang el universo no era un vacío silencioso, sino una caldera hirviente de plasma, impregnada de ondas sonoras. Cuando la temperatura descendía, el cosmos experimentaba transiciones de fase: reestructuraciones espontáneas que generaban burbujas de una nueva fase.

El universo no siempre se ha estado expandiendo. En algunos modelos, primero se contrae —casi vacío y plano— y luego, al alcanzar el límite, rebota y comienza a crecer, como el mundo que conocemos. Este escenario se denomina cosmología rebotante.

En los primeros instantes tras el nacimiento, el universo podría haber sido multidimensional, como una hoja de papel que de repente adquiere grosor. Ese "grosor" —las dimensiones extra— comenzó a expandirse rápidamente. A este crecimiento ultrarrápido se le llama inflación.

El herrero forja una espada. Con cada golpe de martillo, el metal incandescente se aplana, pero también el martillo, el yunque y el aire circundante se calientan ligeramente. Parte de la energía del golpe se pierde irremediablemente en forma de calor — y este intercambio, familiar para cualquiera que haya clavado un clavo, resulta ser la clave de los mayores misterios del cosmos.

La cosmología está viviendo tiempos extraños. Por un lado, el modelo estándar con materia oscura y energía oscura describe de forma excelente la estructura a gran escala. Por el otro, está crujiendo por las costuras.

La historia clásica del nacimiento del Universo a partir de un punto ardiente Big Bang se topa con preguntas incómodas: ¿por qué el cosmos es tan homogéneo y qué había antes de la singularidad?

La cosmología lleva mucho tiempo buscando un resquicio detrás del Big Bang. La inflación, propuesta por Alan Guth, estira y alisa las irregularidades primordiales, pero ¿qué encendió la mecha?

El péndulo elige por sí mismo cómo oscilar. Si lo empujas con demasiada fuerza, vuelve rápidamente a un ritmo suave. Si lo mantienes en su posición extrema, se quedará quieto, pero en cuanto lo sueltes, retomará su movimiento habitual.

El impacto de un rayo parte el cielo en fracciones de segundo, dejando un rastro ramificado. En el mismo instante, en un diminuto cristal superconductor enfriado casi hasta el cero absoluto, una avalancha de campo magnético arrasa el material: finos dedos de magnetización lo atraviesan.

El universo no tolera la monotonía. Hace un siglo, Edwin Hubble y Georges Lemaître nos regalaron una imagen elegante: un cosmos en expansión, liso como la superficie de un globo inflado.

El Universo es como un globo que se infla. La mecánica cuántica prohíbe medir con precisión al mismo tiempo cuán grande es y qué tan rápido se expande. Este principio impregna el cosmos: una nueva ecuación afirma que la expansión del Universo y su tamaño están ligados por una incertidumbre fundamental.

Normalmente la historia del universo se cuenta así: había nada, luego una explosión, y desde entonces todo se expande. Pero, ¿y si no hubo un 'nada'? Un grupo de físicos ha demostrado que el universo podría haber existido eternamente, simplemente a veces se contrae y luego se expande de nuevo, como un resorte.

Imagina que mides a pasos una sala enorme en completa oscuridad. Caminas de pared a pared contando los pasos y de repente te das cuenta de que las distancias no cuadran como deberían. Parece que el suelo no es plano, sino que se abomba o se hunde como un cuenco.

Un globo se está inflando. Al principio se expande lentamente, luego alguien le añade aire de golpe y el globo se infla más rápido. Pero la corriente de aire se debilita y el globo vuelve a inflarse más despacio.

El cielo nocturno parece liso como la superficie de un lago en calma. Pero si uno se fija en los estallidos de rayos gamma —explosiones breves y cegadoras visibles a través de todo el universo—, en esa superficie se descubren olas. Los científicos tomaron un catálogo de estos estallidos y dividieron el cielo en dos hemisferios.

Lanza dos piedritas idénticas desde la cima de una montaña: si una cae un centímetro más a la izquierda, en un minuto estarán en valles distintos. Una galaxia es como esa montaña, pero con miles de millones de piedras y una ladera que se extiende a lo largo de millones de años.

Todo comenzó con diminutos centelleos cuánticos sobre el lienzo primigenio. La inflación — la expansión vertiginosa propuesta por Alan Guth — estiró esas pinceladas hasta el tamaño de las galaxias.

Otras galaxias son solo instantáneas antiguas, mientras que a la Vía Láctea la observamos en directo.

Si miras un mapa de galaxias lejanas, no es perfectamente uniforme: en un lado del cielo hay un poco más, en el otro un poco menos. Esta inclinación se ha detectado en varios sondeos del cielo y no parece aleatoria. Por lo general se explica diciendo que nuestra propia galaxia se mueve en alguna dirección, y por eso los objetos lejanos parecen desplazados.

El universo se parece a una telaraña gigante: las galaxias no están dispersas al azar, sino que se agrupan en nodos y a lo largo de filamentos. Dentro de los filamentos hay mucho gas, y es allí donde con mayor frecuencia brotan estrellas nuevas. Pero, ¿cómo ha cambiado esto con el tiempo?

En una habitación de hospital hay +40°C, en otra +10°C, y en promedio tenemos +25°C. Si la temperatura influyera de forma no lineal en algo —por ejemplo, en la tasa de reproducción de las bacterias—, el valor promedio daría un pronóstico incorrecto.

La cosmología tradicional empieza con el Big Bang, idea de Georges Lemaître. Sin embargo, un nuevo enfoque, inspirado por las búsquedas de Stephen Hawking, elude el enigma del instante primordial.

El reloj de la pared de la cocina hace tictac, y cada tic nos aleja inexorablemente del desayuno hacia la comida. Es algo tan habitual que parece una ley de la naturaleza, pero la física dice otra cosa. En las ecuaciones de Einstein, el tiempo es reversible: se puede pasar la película hacia atrás y ningún fotograma delatará el truco.