L'univers se'ns escapa (3)

Continuem on ens havíem quedat. Ahir vam presentar la teoria del Big Bang i la història de com va acabar-se imposant com a teoria científica gràcies a les evidències observacionals. Ara toca parlar dels problemes que comporta acceptar aquesta teoria, i quins han sigut els intents de solucionar-los. Parlaré bàsicament de dos problemes: un de caire més tècnic, que exposaré avui, i un de caire més filosòfic, que quedarà per a la propera i última entrada.

La imatge popular del Big Bang és la d'un origen de l'univers format per un punt adimensional de densitat infinita que “explota” i comença una expansió de velocitat decreixent que l'ha portat a la situació actual. Però això no és exactament així. En realitat, la relativitat general no diu que totes les partícules es troben en el mateix punt al moment inicial, sinó que totes elles comencen a expandir-se, simultàniament però separadament. Just després del primer instant de temps, l'univers ja té unes dimensions espacials finites. Això vol dir que des del principi, hi ha regions de l'univers que no han estat mai en contacte entre elles, degut a la finitud de la velocitat de la llum.

Això origina un problema lògic. Per les observacions, podem afirmar que l'univers té el mateix aspecte, mirem en la direcció que mirem. Aspectes com la temperatura o la densitat de matèria són iguals en tots els punts observables, si ens ho mirem a una escala prou gran. És el que s'anomena Principi Cosmològic. Això seria normal si totes aquestes regions haguessin estat en contacte, per la tendència natural de dos cossos a estats diferents a assolir un equilibri entre ells. D'altra banda, degut al pas del temps i l'expansió de l'univers, la llum ha posat en contacte regions que abans no ho estaven, i sempre s'observa aquesta mateixa uniformitat de les característiques de l'univers. Com pot ser que regions creades separadament i que han tingut una evolució diferent, tinguin la mateixa pinta? És la mateixa pregunta que ens fem quan en moltes sèries de ciència-ficció veiem que tots els alienígenes parlen anglès. Aquesta qüestió s'anomena en cosmologia el problema de l'horitzó.

El 1981, l'astrònom americà Alan Guth va proposar una solució. Descobrí que alguns models de partícules predeien que en les condicions inicials d'alta densitat del Big Bang, l'univers podia “superrefredar-se”. I quan va analitzar els efectes gravitatoris d'aquesta matèria superfreda, va trobar-se que es tractaria d'un material molt tens gravitacionalment repulsiu, cosa que de fet actuava com a una constant cosmològica! No exactament com la constant cosmològica “clàssica”, sinó com una constant temporal que desapareixeria així que l'univers hagués assolit un cert grau d'expansió. Durant el temps en què aquesta energia estigués activa, l'univers patiria una fase de creixement exponencial, que ell va anomenar inflació. L'expansió durant aquest període treballaria “més depressa que la llum” (de fet, només l'espai s'expandiria, així que realment no hi hauria informació viatjant més depressa que la llum), possibilitant que, regions que avui ens semblen massa llunyanes per haver estat mai en contacte, estiguessin abans de la inflació intercanviant-se informació, obrint així els horitzons. El pitjor error d'Einstein ressorgia del pou de l'oblit!

La inflació és la teoria que més consens ha generat entre els científics, però no hi ha evidència observacional que li doni suport i existeixen teories alternatives que reclamen el seu dret a jugar un paper. Una de les més interessants és la de la variabilitat de la velocitat de la llum, ideada originàriament per John Moffat el 1992, i desenvolupada independentment el 1997 pel cosmòleg portuguès João Magueijo, que diu que la llum podria haver viatjat a una velocitat molt major que l'actual en el passat, donant així temps a regions llunyanes per interactuar entre elles i equilibrar les seves propietats. La teoria ha tingut cert èxit ja que té un ventall més ampli d'aplicacions que la inflació, si bé no resol alguns problemes concrets del Big Bang com ho fa la primera. Només el temps i les observacions diran qui té raó. En Magueijo fa una descipció entretinguda i apassionant de la seva teoria al seu llibre Faster than the Speed of Light, publicat el 2003.

Finalment, el 1998 un nou descobriment va sacsejar tota la teoria de formació i evolució de l'univers: mitjançant observacions a certs tipus de supernoves, els astrònoms Adam Riess i Saul Perlmutter van concloure que l'expansió de l'univers s'està accelerant! Realment és molt estrany, ja que recordem que cap dels 3 models de Friedman provinents de la relativitat general fa això! I certament, amb una teoria únicament gravitatòria és impossible d'explicar, ja que com ja hem dit, la gravetat únicament te efectes atractius, i una acceleració de l'expansió l'hauria de causar per força una interacció repulsiva. Els físics han anomenat a aquesta força misteriosa energia fosca en un exercici de precaució, si bé les seves característiques ens remeten de nou a pensar en la famosa constant cosmològica! Podria ser que l'energia repulsiva no s'hagués evaporat al final de la inflació, sinó que hagués continuat actuant per sempre? Podria ser que el pitjor error d'Einstein fos en realitat la seva millor intuïció?

Aquest és un dels temes que més preocupa a la comunitat cosmològica avui en dia. Hi ha teories rivals i científics que lluiten per mostrar els punts positius d'una teoria respecte les altres, i tot està a l'espera de futurs descobriments observacionals que portin una mica de llum a l'assumpte. Per l'última entrada em queda parlar dels aspectes més filosòfics de la teoria del Big Bang: què és realment el moment inicial i d'on va sorgir l'espurna que el va fer “explotar”? Quin serà el final del nostre univers? Tot això, a l'última entrega de “L'univers se'ns escapa”.