“El modelo matemático del que dispone la ciencia nos permite afirmar que el Universo tiene una edad de 13.800 millones de años, nació en un estado indefinidamente denso y con una temperatura indefinidamente alta, y dispone de una simetría tal que es homogéneo e infinito en todas las direcciones o, al menos, ilimitado”, afirmó Alberto Fernández-Soto en la Fundación Cañada Blanch durante su conferencia “El origen del Universo”. Su disertación se produjo dentro del octavo ciclo “ConecTalks” de divulgación científica que dirige Vicent Martínez, catedrático de Astronomía y Astrofísica de la Universitat de València. El ciclo, en el que colabora el Institut de Ciències Físico-naturals de la Institució Alfons el Magnànim, forma parte del programa de actividades de la Cátedra de Divulgación de la Ciencia establecida entre la Fundación Cañada Blanch y la Universitat.

Alberto Fernández-Soto (Gijón, 1969), doctor en Física y matemático, Científico Titular del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y miembro de la Unidad Asociada del Observatòri Astronòmic de València y del Instituto de Física de Cantabria, resaltó durante su intervención que “existen unas bases matemáticas y físicas muy claras, y sobre todo contamos con unas observaciones realizadas desde hace casi un centenar de años, que nos llevan a creer que el Universo nació tal como pensamos que se originó”.

En este sentido, el científico del CSIC señaló que el “Big Bang” o la “Gran Explosión” originaria no es "simplemente" una teoría, como algunos dicen de la evolución para intentar restarle valor, sino que está muy establecida por la cosmología observacional. Así, expuso las grandes evidencias desarrolladas en el último siglo sobre el origen del cosmos, tales como su expansión, su composición química, su temperatura y, la más reciente, la distribución de distancias de las galaxias.

Lemaître y la expansión del universo

La primera gran prueba de que el Universo “surgió de repente” y de que la materia y la energía aparecieran espontáneamente a partir de la “Gran Explosión” es que el Universo se expande, destacó Fernández-Soto. Fue el jesuita belga Georges Lemaître (1894-1966) el primero que probó que un Universo en expansión representaba una solución válida a las ecuaciones de Albert Einstein (1979-1955), y eso pese a que los modelos que manejaba el padre de la teoría de la relatividad sostenían que el cosmos era estático. Nadie hasta Lemaître había logrado demostrar que el Universo estaba en movimiento constante, de ahí que cuando le remitiera a Einstein sus cálculos éste le contestara que sus ecuaciones eran correctas, pero que “su física era abominable”.

“Esa idea de que el Universo estuviera expandiéndose repelía, porque nunca se había visto nada parecido y no podía ser”, afirmó el cosmólogo, quien explicó cómo para plantear que el Universo fuera estático y dado que la gravedad siempre es atractiva, Einstein tuvo que introducir en sus ecuaciones una trampa -un término repulsivo- con la que compensar esa pequeña repulsión que tiene el espacio con la gravedad y poder observar un Universo estático, tal como se pensaba que era en 1920.

Fue hacia 1925 cuando Edwin Hubble (1989-1953) observó que las galaxias se alejan unas de otras a velocidades proporcionales a la distancia entre ellas, es decir, que cuanto mayor era la distancia entre ellas, mayor era la velocidad a la que se alejaban. “La idea que tuvo Hubble fue que si se pudiera dar marcha atrás, esos objetos que están lejos se irían acercando más y más y, al ser un crecimiento lineal, todo acabaría quedando en el mismo lugar”, indicó Fernández-Soto. “Si aplicas la teoría de gases -añadió- al comprimir un gas provocas que aumente su densidad y su temperatura, surgiendo así la idea de que el Universo provenía de un origen muy denso y muy caliente a partir del cual todo había comenzado a expandirse”.

La nucleosíntesis y la energía de las estrellas

La segunda gran prueba toma forma a finales de los años 40 cuando, a raíz de los cálculos realizados para las ecuaciones de la bomba atómica y de las reacciones nucleares, se aplicaron dichas ecuaciones al interior de las estrellas, “un horno extremadamente denso y caliente en el que los átomos de hidrógeno se pueden juntar tanto que se unen dando átomos de helio, lo que produce energía”, aseveró.

Los primeros en observar de dónde provenía la energía de las estrellas fueron el matrimonio Geoffrey Burbidge (1925-2010) y Margaret Burbidge (1919-), quienes con William Fowler (1911-1995) y Fred Hoyle (1915-2001) publicaron en 1957 su conocido artículo “Synthesis of the Elements in Stars” en el que demostraron cómo las abundancias de todos los elementos químicos de las estrellas podían ser explicadas por el proceso de nucleosíntesis, es decir, la fusión nuclear.

Serían posteriormente George Gamow (1904-1968) y sus colaboradores quienes -expuso Fernández-Soto- “aplicaron los anteriores cálculos a la ‘sopa’ de partículas elementales que deberían haber existido en los primeros instantes del Universo, teniendo en cuenta su rápido proceso de enfriamiento, y dedujeron que, aproximadamente tres minutos después del instante inicial, la temperatura habría bajado lo suficiente como para frenar cualquier reacción nuclear, dejando un Universo compuesto en un 75% de hidrógeno, un 25% de helio y trazas mínimas de otras cosas”.

La temperatura actual del cosmos

La tercera gran evidencia es la que responde a la pregunta de que si el Universo se inició en un estado muy denso y muy caliente para posteriormente ir enfriándose, ¿cuál sería su temperatura actual? Una cuestión a la que varios equipos de científicos, principalmente uno en Moscú y otro en Nueva Jersey, intentaban encontrar respuesta a mitad de la década de los años 60 realizando cálculos teóricos para estimar a qué temperatura debería estar hoy el Universo. Los resultados obtenidos daban un rango típico de entre uno, dos y hasta cuarenta y cincuenta grados por encima del cero absoluto, que son -273 grados centígrados.

Mientras los científicos de New Jersey intentaban completar su estudio, -relató el investigador del CSIC- se produjo en 1964 “la mayor casualidad que ha vivido la cosmología” al conocer aquellos por un colega que dos astrónomos de los laboratorios Bell, que utilizaban una gran antena de comunicaciones para medir la emisión de la Vía Láctea, detectaban un ruido de fondo que no lograban explicar. Arno Penzias (1933) y Robert Wilson (1936) “habían descubierto sin saberlo la radiación de microondas causada por la temperatura de fondo (2,7 grados Kelvin, aproximadamente -270 grados centígrados) que constituye el eco actual de la ‘gran explosión’”.

Otras investigaciones recientes, como la medida de la tasa de expansión de las supernovas (1989) o la detección de escalas “fósiles” características en el agrupamiento de galaxias (2005) “han permitido estimar con precisión los parámetros del modelo, por lo que podemos afirmar con una precisión menor del 1% que la edad del Universo es 13.800 millones de años”, señaló el cosmólogo.

Las grandes incógnitas sin despejar

Pero tras exponer las pruebas observacionales sobre el origen del Universo y resaltar cómo la cosmología computacional “ha conseguido responder a muchas preguntas que hace poco más de un siglo eran absolutamente inatacables para la física”, Fernández-Soto se adentró en las grandes incógnitas sin despejar, entre otras la “materia oscura” y la “energía oscura”, “unos entes -explicó- que realmente no entendemos, pero que al introducirlos en las ecuaciones funcionan perfectamente y reproducen el Universo que vemos”.

En ese sentido destacó que sigue sin conocerse cuánta materia existe en el Universo, ya que la “materia oscura” y la “energía oscura” suman el 95% del contenido del cosmos, por lo que es solo un 5% el que estamos acostumbrados a ver. “Existe otro tipo de materia del que hay una cantidad cuatro veces mayor que de materia normal, de la que solo notamos su efecto gravitatorio, a la que llamamos ‘materia oscura’ y que se supone que pueda ser algún tipo de partícula desconocida”, aseguró el investigador del CSIC.

“Tener unas partículas que no sabemos lo que son y dónde están ya es de por sí malo, -dijo en referencia a la “materia oscura”- “pero es peor la ‘energía oscura’, que representa casi un 75% del contenido del cosmos, y cuya principal propiedad es que genera una presión que se opone a la gravedad, haciendo que el Universo se encuentre en un proceso de expansión desbocada”, advirtió.

Alberto Fernández-Soto terminó su exposición resaltando que el mundo científico ha sido incapaz por el momento de explicar la expansión acelerada del Universo porque escapa a toda lógica. “No hay ningún ente físico, ni campos ni energías, ni partículas, ni ondas, ni nada que provoque eso, pero es un hecho observado que el Universo se expande más rápido ahora que en el pasado y no logramos entender por qué”, concluyó.