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El colapso final del Universo no es inevitable gracias a la oscuridad del cosmos

El colapso final del Universo no es inevitable gracias a la oscuridad del cosmos

Una nueva teoría que considera unitariamente toda la oscuridad del cosmos, es decir, la materia y la energía oscuras, describe al Universo en expansión acelerada eterna porque la densidad de energía del vacío disminuye con el tiempo. Eso quiere decir que el fin del mundo no es un destino inevitable, sino que las estrellas y galaxias pueden prolongarse eternamente en el tiempo y dar oportunidades infinitas a la especie humana. Por Pedro González-Díaz.

El colapso final del Universo no es inevitable gracias a la oscuridad del cosmos

Existen pocas dudas ya de que el Universo donde vivimos se originó hace algo menos de catorce mil millones de años en una inimaginablemente poderosa explosión (el archifamoso Big Bang) de un punto que contenía toda la energía, creándose así a la vez el espacio, el tiempo y la propia materia.

Después de sufrir algunos avatares iniciales sorprendentes (la llamada inflación cósmica o la generación de perturbaciones que fueron después semillas de las galaxias), el Universo entró en una fase de expansión en la que ésta se iba desacelerando paulatinamente debido al dominio de la fuerza de la gravedad sobre el impulso difusivo original.

Hasta hace poco, se creía que el Universo podía evolucionar a partir de entonces siguiendo uno de dos caminos cualitativamente diferentes: si la geometría del universo fuera abierta o plana (que es la forma más favorecida por las observaciones), el universo continuaría su expansión indefinidamente, tendiendo a un tamaño infinito a un tiempo infinitamente alejado en el futuro.

Pero si la geometría del Universo fuera cerrada, éste se expandiría hasta alcanzar un tamaño máximo a un tiempo finito en el futuro y luego se contraería hasta acabar de nuevo en un punto (el Big Crunch), donde todo lo que existe volvería a concentrarse con una densidad infinita. En este último caso, el Universo sólo existiría durante un tiempo finito.

Nuevo modelo cosmológico

Desde hace unos pocos años y cada vez con mayor incidencia, un nuevo modelo cosmológico ha irrumpido en la escena astronómica. Es el llamado modelo del Big Rip (que podríamos traducir como la “Gran separación”) que ya forma, junto con el Big Bang y el Big Crunch, lo que podríamos llamar la “gran trilogía de los Bigs” de la cosmología moderna.

Se trata de un escenario en el que la expansión cósmica, en lugar de desacelerarse, se acelera cada vez más, de tal manera que en un tiempo finito el tamaño del Universo se hace infinito.

Las galaxias, estrellas, planetas, poco a poco al principio y después muy rápidamente, se separan unas de otras y hacen que, empezando por los objetos más lejanos, unos tras otros se vayan perdiendo más allá de nuestro horizonte.

Cerca ya del Big Rip, los mismos átomos y partículas elementales se convertirían en objetos cosmológicos y sufrirían la gran separación. Finalmente, en el momento del Big Rip, nada quedaría: sería el fin del universo y de todo lo que contiene. Una catástrofe que, al contrario de lo que parece predecir la Biblia, consistiría en una dilución infinita en la nada del contenido material de nuestro cosmos.

Aceleración del Universo

La historia que condujo finalmente a esta descripción del fin del mundo comenzó hace cinco años, cuando dos consorcios científicos internacionales descubrieron que, en lugar de desacelerarse, la expansión de nuestro Universo se estaba acelerando.

Aunque pilló por sorpresa a la mayoría de los cosmólogos, este soberbio descubrimiento no implicaba necesariamente nada parecido al Big Rip, sino que podía perfectamente dar lugar a una expansión acelerada eterna o incluso limitada a un cierto periodo, como ya ocurrió con la inflación primigenia.

De hecho, la primera interpretación del fenómeno observado consistió en recurrir a la llamada constante cosmológica, la energía de vacío: debido a las peculiaridades de la teoría cuántica, lo que tradicionalmente se entendía como vacío está lleno de objetos sub-microscópicos en continua creación y aniquilación, que existen durante un tiempo lo suficientemente corto como para no poder ser observados. Pues bien, la energía de vacío, ya considerada por Einstein, puede generar efectivamente una expansión acelerada eterna.

Sin embargo, esta interpretación no es sino un caso particular de otra más general en la que el vacío posee una densidad de energía (energía por unidad de volumen) y una presión que están mutuamente relacionadas a través de un parámetro constante, por lo que se denomina ecuación de estado.

El colapso final del Universo no es inevitable gracias a la oscuridad del cosmos

Constante cosmológica

La constante cosmológica de Einstein corresponde al caso particular en el que el parámetro vale -1. No obstante, dicho parámetro puede tomar otros valores. En realidad, los últimos datos experimentales permiten valores entre –0.8 y –1.5 para este parámetro. Si finalmente resultara ser igual o mayor que –1, estaríamos en un Universo que se expande de forma acelerada eternamente.

El problema aparece para aquellos valores del parámetro menores que –1 no excluidos por las observaciones. Para cualquiera de tales valores, por muy próximo a –1 que sea, deberemos enfrentarnos con el fenómeno Big Rip y con la llamada “energía fantasma” (es decir, una energía de vacío para la que la suma de la densidad de energía más la presión da un valor negativo y, por ello, permite la existencia de objetos patológicos en el Universo, tales como agujeros de gusano).

En tal caso, y dependiendo de cuanto menor que –1 fuera el parámetro y del tamaño del Universo al iniciarse la expansión acelerada, tendrían nuestros descendientes en un futuro más o menos lejano, pero siempre finito, que enfrentarse al Big Rip.

Aunque, en cualquier caso, el Big Rip sólo podría ocurrir en un futuro muy lejano de nuestras generaciones, uno siempre puede imaginar que exista alguien con un sentido tan arraigado de especie que le haga sentir temor y lástima por la generación a la que tocará lidiar con la destrucción del Universo.

Evitar la catástrofe

Sin duda la posibilidad de que exista un ser humano con estas características en nuestro mundo capitalista cada vez más y más regido por el egoísmo y la deslealtad son muy remotas.

Más, por si sí o por si no, creo que aún merece la pena explorar las posibilidades que puedan existir de evitar la catástrofe del futuro. Después de todo, no hace tanto tiempo que vivió en nuestro planeta un médico argentino que fue capaz de cambiar un puesto de ministro por la lucha en favor de sus semejantes desconocidos, o que existió la generación de la República Española.

El caso es que a la energía de vacío a la que nos hemos referido y que constituye el 70% de la energía total del Universo se le llama “energía oscura” (ya que no hay forma de detectarla). Pero no es esta la única entidad “oscura” de nuestro Universo. En realidad, la mayor parte del 30% restante de materia tampoco puede detectarse y, por ello, se le llama también “materia oscura”.

Aunque la descripción anterior se refiere sólo a la energía oscura, existen algunos modelos que son capaces de dar cuenta de forma unitaria de toda la oscuridad del Universo; es decir, de la energía oscura y la materia oscura simultáneamente.

Gas de oscuridad

Se supone en dichos modelos que el Universo está ocupado por un cierto gas de vacío para el que la ecuación de estado, que relaciona la presión con la densidad de energía, es tal que reproduce la materia oscura a altas densidades y la energía oscura cuando el tamaño del Universo se hace muy grande.

Pues bien, cuando este “gas de oscuridad” satisface ciertas condiciones físicas razonables que garantizan la estabilidad del sistema, resulta que, incluso en el caso de que exista energía fantasma (es decir, cuando la suma p+r es negativa), la solución cosmológica correspondiente describe un Universo con expansión acelerada eterna, ¡no un Big Rip! La razón es que en este caso la densidad de energía del vacío disminuye con el tiempo, al contrario de lo que ocurre cuando existe el Big Rip.

La moraleja de este cuento puede generalizarse de la siguiente forma: si deliberadamente o por error sólo consideras una parte de la “oscuridad” existente (ya sea en cosmología, política, sociología o religión) es inevitable que se prediga una gran catástrofe (cósmica, sociológica, religiosa o militar) “ficticia” en el futuro, para evitar la cual producirás catástrofes interesadas en el presente. Si por el contrario toda la “oscuridad” es tomada honradamente en consideración, podremos mirar tanto el presente como el futuro con optimismo y alegría.

Pedro Félix González-Díaz es miembro del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y autor de esta teoría cosmológica, publicada originalmente en Arxiv. El presente artículo es una versión divulgativa de la teoría, elaborada amablemente por el autor para nuestros lectores.

RedacciónT21

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