Hay preguntas que se hace el hombre desde el principio de los tiempos y que siempre ha sentido la necesidad de conocer su respuesta: ¿De dónde venimos?. ¿A dónde vamos?. ¿Cómo surgió todo?. Las diferentes religiones nacieron precisamente para cubrir esa necesidad, para dar una justificación a nuestra existencia..

En estos momentos la Ciencia ha evolucionado de tal forma que está empezando a responder a algunas de esas preguntas.

¿Dónde estamos?

La versión científica de esa pregunta podría ser: ¿Cómo es la estructura del Universo y cómo se comporta?. Podemos tirar de nuestra imaginación, efectuar un viaje de dentro hacia fuera... y conforme nos vayamos alejando de la Tierra, esta se hará más pequeña y nuestro campo de visión más amplio.

El siguiente detalle importante conforme nos alejamos es que la Tierra y muchos otros planetas orbitan alrededor del Sol. La Tierra se encuentra relativamente cerca del Sol, sólo a 150 millones de kilómetros. Su luz tarda en llegar aquí 8 minutos, frente a las 11 horas que tarda en hacerlo a Plutón. Compuesto en un 98% por hidrógeno y helio, el Sol obtiene toda la energía que emite de la fusión nuclear. Las altas temperaturas y presiones que se alcanzan en su interior llevan a que los nucleos atómicos se recombinen y formen elementos químicos más pesados. Un porcentaje pequeñísimo de la masa original se transforma en energía. Aplicando la conocida fórmula E = m*c2, con c la velocidad de la luz, se puede comprobar la brutal cantidad de energía que se genera en ese proceso. Podíamos decir que la masa es energía en extremo concentrada. Así, el Sol va quemando el hidrógeno y lo transforma en helio. En concreto, por cada 4 átomos de hidrógeno obtiene uno de helio. La masa del nucleo de hidrógeno es de 1,00797 u.a. Cuatro nucleos totalizarían una masa de 4,03188 u.a. Por otro lado, la masa del nucleo de helio es de sólo 4,0026 u.a. Concluímos, el 0,73% de la masa total se convierte en energía. Cuando el hidrógeno se acabe, empezará a quemar el helio y lo transformará en elementos más pesados (perdiendo masa), y así sucesivamente hasta que no pueda ya romper los enlaces de los nucleos atómicos y se apagará.

Pero volvamos a las distancias. Para abarcar una imagen completa del Sistema Solar no es suficiente con llegar a la orbita de Plutón. Más allá tenemos una amplia zona (la nube de Oort) por la que pululan cometas errantes y asteroides. Se estima que el diámetro del Sistema Solar es de un mes luz, más o menos. Los planetas se reducen a minúsculos granos de arena viajando en el vacío. El 99,99% del Sistena Solar es vacío. Pero es más, el 99,8% de la materia está concentrada en el Sol en forma de hidrógeno y helio.

Bien, pues el Sol está a 28.000 años luz del centro de la galaxia, y viaja a 800.000 Km/h (en 250 millones de años da una vuelta completa).

Hasta comienzos del siglo XX, el Universo conocido llegaba hasta aquí. Pero uno de los avances más importantes de la cosmología en el pasado siglo fue descubrir que más allá hay cientos, miles, miles de millones de galaxias similares a la nuestra. Nuestra vecina más cercana es Andrómeda, a 2.400.000 años luz. Contiene el doble de estrellas que la Vía Láctea y ambas son parte de un grupo de unas 30 galaxias llamado Grupo Local. Se sabe que 2/3 partes de las galaxias viven en grupos e interaccionan entre ellas. Es reciente la certeza de que se producen colisiones de galaxias, canivalismo (unas engullen a otras), y que las diversas formas que adoptan en la actualidad son producto de esa interacción tan brutal.

Colisión de dos galaxias

Las conclusiones más destacables son las siguientes:

1.- La materia está concentrada en cuerpos tan minúsculos, y estos se encuentran tan separados unos de otros (tanto a escala planetaria como estelar), que podemos afirmar que el Universo está casi vacío. Es sorprendente, pero cuando dos galaxias colisionan podemos asegurar que sus estrellas no se llegan tocar unas con otras.

2.- El 99% de esa materia no es otra cosa que hidrógeno y helio. Eso se debe a que son las estrellas y las nubes de gas las que contienen casi la totalidad de la materia del Universo, y unas y otras están compuestas principalmente por hidrógeno y helio.

¿Cómo surgió todo?

O dicho de otra forma, ¿cuál fue el origen del Universo?. Esta pregunta empezó a tener respuesta en la segunda mitad del siglo XX. Una serie de acontecimientos sirvieron para encumbrar la teoría del Big Bang como la más aceptada entre la sociedad científica. Esta teoría afirma en lineas generales que hace 15.000 millones de años todo el Universo estaba concentrado en un punto muy caliente e inestable, que en ese momento se produjo una gran explosión y entonces el Universo se fue expandiendo y enfriando hasta nuestros días, que aún continua expandiéndose.

¿En qué se basan los científicos para afirmar una cosa así?. Pues nada más sencillo que de la observación del cielo.

El efecto Doppler de la luz

Edwin Hubble había publicado en 1929 un trabajo en el cual decía que miraras a donde miraras, las galaxias se están alejando de nosotros, y sus velocidades de huída son mayores cuanto más lejos se encuentran. Esta afirmación se basa en el efecto Doppler de la luz. El efecto Doppler aplicado al sonido se detecta cuando un vehículo o una motocicleta pasa a gran velocidad. Notamos que el sonido que emite es más grave cuando se aleja que cuando se acerca a nosotros. Eso se debe a que el emisor de las ondas está en movimiento, y estas tienen diferentes longitudes de onda según viajen en el sentido de la marcha (las ondas se 'apelotonan' ligeramente) o en el sentido opuesto (las ondas se ensanchan). Y al igual que el sonido, la luz tiene un comportamiento ondulatorio. Los colores se diferencian por su longitud de onda, y solo una franja de longitudes de onda determinada conforma la luz visible (la captable por nuestra retina). Esa franja no es otra cosa que el arco iris, y va desde los tonos violetas (con longitudes de onda menores) hasta los rojos (los de longitud de onda mayor). En las fronteras se situan los ultravioleta y los infrarrojo, ya no visibles. Bien, pues la luz que proviene de las galaxias está desplazada al rojo, es decir, su longitud de onda es mayor de lo que debería ser, y esa desviación es mayor cuanto más lejos se encuentran. Hubble dedujo que esa velocidad de alejamiento aumenta 73 km/s por cada 3,25 millones de años luz. Esta cifra se conoce como la constante de Hubble.

La constante de Hubble

Conclusión: El Universo se está expandiendo. Ahora, si aplicamos el razonamiento y nos vamos hacia atrás en el tiempo, resulta que hace 15.000 millones de años todo el Universo se debía encontrar concentrado en un solo punto.

La teoría del Big Bang empezaba a coger forma, pero muchos científicos se negaban a aceptarla.

Unos años más tarde, en 1965, los americanos Arno Penzias y Robert Wilson tomaron prestada una antena de uso militar abandonada y comenzaron a buscar emisiones de radiación procedentes del espacio exterior, dentro de un rango de frecuencias determinado. Para su sorpresa, daba igual dónde apuntaran, el aparato recogía una emisión de fondo uniforme. En principio, lo achacaron a algún defecto del aparato (lo que en el argot se denomina ruido), pero cada día estaban menos seguros de ello. Al final, se convencieron de que aquella radiación que parecía provenir de todas partes era la radiación de fondo consecuencia de la gran explosión. Traducida a temperatura, rondaba los 2,728 K (-270° C). ¿Eso qué significa?. Pues es el calor que todavía conserva el Universo originado por el Big Bang. Podemos afirmar que de los 293 K (23 °C) que tenemos un día de primavera, 3 K proceden de aquella gran explosión.

La constante de Hubble y la radiación de fondo, unidas con la teoría de la relatividad de Einstein, eran suficiente aval para que la teoría del Big Bang ganara adeptos.

Esta radiación no era capaz de escapar debido a la densidad del ambiente, así que se quedaba atrapada.

Al término del primer segundo, la temperatura había descendido a los 10.000 millones de grados, y el tamaño del Universo ya era 3 veces el del Sol. Al bajar la temperatura, empezaban a formarse partículas más complejas. Estas chocaban entre sí formando neutrones y protones. Notar que un protón está formado por la unión de 3 quarks.

Dos minutos después, algunos protones se combinaron con neutrones. El Universo empezó a estar constituido por una sopa de protones sueltos (es decir, nucleos de átomos de hidrógeno-1), combinaciones de protón-neutrón (deuterio o hidrógeno-2), neutrón-protón-neutrón (hidrógeno-3 o tritio). Sin embargo, el tritio es muy inestable, enseguida uno de sus neutrones emite un electrón y se convierte en un protón, de modo que el nucleo se transforma en helio-3 (protón-neutrón-protón). El nucleo de helio-3 se anexiona un neutrón, convirtiéndose en helio-4. Y todo esto estaba aderezado con un puñado de electrones libres vagando y chocando con todo lo que encontraban a su paso, y fotones atrapados. El 90% de los protones optaron por la primera opción, la de seguir solteros, y un 9,5% por la de constituir un nucleo de helio. El resto de combinaciones eran inestables. Esta fase se denomina nucleosíntesis primitiva, y encaja perfectamente con la certeza de que el 99% del Universo no es otra cosa que hidrógeno y helio.

De ese instante sabemos que fue el nacimiento de la luz (los fotones se liberaron). En 1990 el satélite COBE fotografió el nacimiento de la radiación, y confirmó la existencia de unas inhomogeneidades. Estas fueron acentuándosen por efecto gravitacional, y formaron las galaxias. Algunos quieren ver la mano de Dios detrás de esas inhomogeneidades, porque se desconoce su origen. Hay sin embargo otra teoría más racional que la teológica, y es la del Universo Inflacionario. La idea principal es que las inhomogeneidades se produjeron 10-35 segundos después del Big Bang, debido a una transición de fase. Durante el tiempo que duró esta, no más de una mil-trillonésima de segundo, el Universo creció a una velocidad mucho mayor que la de la luz, pudo aumentar su tamaño trillones de veces. Las inhomogeneidades que favorecieron la formación de galaxias son las cicatrices de esa gran sacudida. El caso es que las inhomogeneidades fueron acentuándose por leyes físicas (la fuerza gravitacional) y el Universo tomó la forma que ahora conocemos. Se ha ido enfriando hasta los 3 K de hoy (-270° C). En el interior de las estrellas las reacciones nucleares han permitido obtener otros elementos químicos: oxígeno, carbono, nitrógeno, hierro... a partir del hidrógeno y helio primitivos. Algunas de esas estrellas explotan en forma de supernovas y expulsan hacia el exterior casi toda la materia que contienen. Esa materia es un caldo de cultivo de futuros sistemas solares. Así, podemos asegurar que la tierra, los arboles, tú, yo, todo lo que nos rodea está formado a partir de los desechos de una supernova. El oxígeno, el carbono, el hierro, ... sólo se pueden formar en el horno nuclear de una estrella.

Esos elementos químicos más complejos, bajo condiciones favorables, se han combinado formando moléculas orgánicas e inorgánicas, todavía más complejas. Y estas, en cadenas de aminoácidos... el ARN, ADN, microorganismos vivos, seres unicelulares, pluricelulares,... proceso que por evolución natural ha culminado en la Tierra en vida inteligente. ¿Va a seguir la evolución?. ¿Somos la punta del proceso evolutivo del Universo?. El hombre, como ser racional, posiblemente sólo sea una etapa más en ese proceso.

¿Cuál es el futuro que le espera al Universo?

Cálculos recientes han confirmado que el Universo va a seguir expandiéndose indefinidamente, y que su velocidad de expansión, lejos de disminuir, aumenta. Las estrellas irán convirtiendo el hidrógeno y el helio en elementos más pesados, en un proceso sin vuelta atrás. Esto nos llevará a un Universo cada vez más frío, con mayores distancias entre las galaxias, y galaxias cada vez menos activas.

En cuanto a complejidad, seguramente seguirá evolucionando, pero ¿hacia dónde?. El hombre no puede ser la punta de ese proceso, el fin último de la existencia del Universo.