El destino último del universo

Por Ramón Rey

Sólo hay una cosa que les gusta más a los científicos que discutir acerca del Origen del Universo: discutir sobre su destino final.

Actualmente no es posible dar una respuesta a esta pregunta ya que desborda nuestro conocimiento, pero la simple búsqueda de una respuesta nos ha llevado a otros descubrimientos sorprendentes, ampliando nuestro conocimiento sobre el universo que nos rodea y su funcionamiento.

Así y no hace mucho el destino del universo parecía ser un tema bien delimitado, había tres opciones y la elección correcta dependía de hilar fino en las observaciones y ser más preciso en los cálculos. Pero en esta búsqueda nos encontramos con ciertos hallazgos que nos obligaron a replantearnos los modelos existentes. Nos referimos especialmente a la energía oscura, que juega un papel clave como ahora veremos.

LA GEOMETRÍA DEL UNIVERSO

Destino y densidad

Geometria del universo

El destino del universo dependerá naturalmente de su evolución y ésta viene determinada por la batalla entre su inercia expansiva y la resistencia que opone la fuerza de la gravedad. La medida de la expansión viene determinada por la constante de Hubble que deriva de la ley del mismo nombre (y que tratamos en el artículo anterior por lo que no nos repetiremos) mientras que la fuerza de la gravedad dependerá en principio de la cantidad de materia presente en el universo. Cuanto mayor sea la densidad de materia (cantidad de materia por cada unidad de espacio) mayor serán las fuerzas atractivas.

Dado que la densidad de la materia (Ω) es un parámetro clave, podemos definir la densidad crítica (valor de Ω=1) como su valor frontera que separará un universo en el que triunfarán las fuerzas atractivas de aquel en el que la expansión continuará por toda la eternidad. 

Estos posibles escenarios nos proporcionan tres posibles geometrías para el universo: plana (si resulta que Ω=1), abierta (Ω<1) y cerrada (Ω>1), y aparejados a ellas varios destinos finales. Y si decimos varios es porque en realidad con la densidad y la geometría no basta.

La energía oscura

En 1998 un equipo de astrónomos enmarcados en el Supernova Cosmology Project intentó cotejar las mediciones de la constante de Hubble por medio de la observación de supernovas. Lo que descubrieron es que las supernovas lejanas eran menos brillantes de lo que se esperaba en un principio. Estas observaciones indican que la expansión no se está ralentizando como sería de esperar en un universo dominado por la materia, sino que está acelerando. 

Esto implica la existencia de una forma de materia con presión negativa que, al contrario de la materia ordinaria que ejerce fuerzas atractivas y ralentiza la expansión, trabaja acelerándola. 

Conocida como energía oscura, su existencia provoca que la correspondencia absoluta entre geometría y evolución del universo se ha perdido para siempre y no podemos conocer con absoluta certeza cuál será el destino final del universo sin descubrir cómo evoluciona.

EL FIN ÚLTIMO

El destino final del universo depende pues de su geometría y de cuánta energía oscura contiene. Teniendo en cuenta de estos dos parámetros podemos enfrentarnos a diversos escenarios:

BIG CRUNCH

Como dijimos antes, en el caso de que Ω>1 la geometría sería cerrada. Nos encontraríamos entonces en un universo cerrado con forma esférica.

Teoría del Big Crunch

En un escenario en el que hay suficiente masa en el universo, una densidad crítica superior a 3 átomos por metro cúbico y en el que no exista un contrapeso repulsivo (por parte de la energía oscura) al efecto atractivo de la gravedad, eventualmente esta última saldrá vencedora y el universo terminará por colapsar sobre sí mismo, deteniéndose la expansión primero y revertiéndose después en un momento indeterminado en el futuro que puede comprender trillones de años. 

Esta posibilidad es conocida como Big Crunch y se puede considerar como el suceso inverso del Big Bang. Así todas las partículas volverían a juntarse en un estado superdenso dando lugar a una nueva singularidad espaciotemporal (una zona en la cual no son aplicables las leyes de la física tal y como las conocemos).

Siguiendo la pista de esta esta posibilidad, se podría postular que cada Big Bang está precedido por un Big Crunch que sería el Big Bang del nuevo ciclo y vuelta a empezar, dando lugar a un universo oscilante con un número indeterminado de ciclos de expansión-contracción. En principio y como ya abordamos en el artículo anterior, esta posibilidad choca con la segunda ley de la termodinámica.

BIG FREEZE

“Algunos dicen que el universo acabará en fuego, otros dicen que acabará en hielo”

A medida que vamos aprendiendo más sobre la energía oscura, parece más y más probable que el universo se enfrente a un futuro largo y frío, en el cual se irá expandiendo por toda la eternidad y acabando con su muerte térmica. Un futuro que supone el triunfo de la segunda ley de la termodinámica al alcanzarse el máximo nivel de entropía (desorden); un futuro de oscuridad y soledad total.

Esta posibilidad nos cuenta una historia en la cual el universo seguirá tal y como lo conocemos durante varios millones de años, pero llegará un momento en el cual inevitablemente el gas disponible para la formación estelar se agotará y finalmente todas las estrellas del universo se habrán extinguido. Todo lo que quedará pues serán cadáveres fríos orbitando agujeros negros.

Pero la historia no acaba aquí, con el tiempo incluso los agujeros negros se volverán inestables y en el infinito final todo lo que quedará será una sopa de partículas subatómicas (electrones, protones, fotones…) muy dispersa y cercana al cero absoluto, que se alejarán para siempre unas de otras flotando en una oscuridad absoluta.

Este escenario puede ocurrir bajo una geometría plana (Ω=1) o una hiperbólica (Ω<1) ya que ambas geometrías producen un universo abierto, un universo que se expande para siempre. Actualmente parece claro que el universo es esencialmente plano y que este es el futuro que le espera a nuestro por ahora majestuoso cosmos.

BIG RIP

Este es un escenario extremo que deriva del anterior y es producido también por un universo abierto.

Ahora que estamos familiarizados con la energía oscura sabemos que ésta produce la aceleración de la tasa de expansión del universo. El Big Rip postula que si la cantidad de energía oscura es suficiente, el universo podría seguir acelerando indefinidamente hasta que las galaxias, las estrellas y la mismísima materia (incluso sus componentes subatómicos) no pueda mantenerse unida y por tanto termine “rasgándose” y de ahí el nombre de la teoría, el Gran Desgarramiento.

En otras palabras, la energía oscura vencería finalmente las fuerzas gravitatorias locales e incluso las que dominan los núcleos atómicos. Por eso, en este posible futuro ni siquiera los átomos podrían mantenerse unidos, serían destruidos y sólo quedaría radiación. El final del universo es también una singularidad ya que la tasa de expansión es infinita.

De acuerdo con el físico teórico Robert Caldwell si esta teoría fuera la correcta el “desgarramiento” final ocurriría dentro de unos 22 billones de años, cuando el Sol ya habría acabado su fase de secuencia principal para transformarse en una gigante roja, aumentando su tamaño y posiblemente reduciendo a cenizas el planeta Tierra. En el caso de que nuestro mundo pudiera sobrevivir a este evento, explotaría unos 30 minutos antes del gran final.

FALSO VACÍO O BIG SLURP

El falso vacío es un concepto de la conocida como teoría cuántica de campos que se refiere a una región del espacio momentáneamente estable que parece estar totalmente vacía pero que en realidad no lo está, sino que contiene algún tipo de energía.

Representación del Big Slump

Se ha propuesto que nuestro universo está de hecho en un estado de falso vacío que de alguna forma podría transformarse eventualmente en un vacío auténtico.

Si este fuera el caso nuestro universo podría experimentar un evento catastrófico ya que la transición se produciría en forma de una “burbuja” que aparecería en cualquier punto y que aniquilaría nuestro universo.

Este suceso sería desastroso porque cambiaría las leyes físicas y sus constantes, podría causar que los protones de toda la materia del universo decayeran y se desintegraran. Y por si todo esto no sonara suficientemente inquietante, este tipo de evento podría ocurrir en cualquier momento y en cualquier parte del universo. La burbuja aparecería y se expandiría a la velocidad de la luz hasta tragarse el universo entero.

¿HACIA DÓNDE VAMOS?

Actualmente las evidencias y los datos que manejamos respaldan bastante bien la teoría del Big Freeze, pero esto no quiere decir que las demás estén totalmente descartadas y el trabajo de la comunidad científica no cesa.

Algunos físicos trabajan en teorías que incluyen un objeto multidimensional muy especial, las branas. Imposible de demostrar o refutar hasta ahora, especulan con la posibilidad de que nuestro universo se haya formado en la superficie de una de estas branas, que al cruzarse lentamente entre sí y establecer contacto provocan un Big Bang y el nacimiento de nuevos universos.

Existen problemas adicionales, por una parte no sabemos cómo respondería la materia y el universo en general en situaciones extremas que se acaban deduciendo de las diversas teorías. Otra duda reside en que tampoco está claro si la energía oscura se mantiene siempre constante o si varía con el tiempo.

Las nuevas evidencias que vayamos recolectando nos irán poniendo en el camino correcto, porque como decía un famoso locutor deportivo “El tiempo es el juez supremo que da y quita razones”.