La máquina de Dios que busca entender cómo se creó el universo
“El Universo pudo y se creó de la nada. La creación espontánea es la razón de que haya algo en lugar de nada, es la razón por la que existe el Universo, de que existamos. No es necesario invocar a Dios como el que encendió la mecha”. Stephen Hawking
“En el principio, cuando Dios creó los cielos y la tierra, reinaba el caos y no había nada en ella. El abismo estaba sumido en la oscuridad, y el Espíritu de Dios aleteaba sobre las aguas. Dios dijo: «Que haya luz», y hubo luz”. Génesis 1-3
Pocos enigmas tan profundos como el de conocer con precisión cómo fue el origen del universo. Un espacio infinito pero autocontenido, en expansión constante, con su centro de todas partes, nacido de la nada, el comienzo del tiempo, un espacio plagado de preguntas sin respuestas.
Como parte de esa búsqueda del hombre por comprenderlo es que a poca distancia de Ginebra, en Suiza, funciona el Large Hadron Collider (LHC), el Gran Colisionador de Hadrones, un acelerador de partículas al que muchos mencionan como “La máquina de Dios”, término al que los científicos reniegan pero que ha servido para que la prensa mundial se interese por su trabajo.
La expresión tiene sentido en relación a que uno de las funciones del LHC es generar condiciones similares a las existentes cuando hace 13 mil millones de años ocurrió el denominado Big Bang, la gran explosión que, de acuerdo a una de las más difundidas teorías, dio origen al universo.
Al hacerlo se busca estudiar ese primer estado para así tratar de entender cómo fue el principio de todas las cosas. El acelerador ocupa un túnel de 27 kilómetros de circunferencia ubicado a una profundidad máxima de 175 metros bajo tierra, debajo de la frontera entre Francia y Suiza.
Comenzó a funcionar en 2008. Desde entonces tiene periodos de funcionamiento y otros de mantenimiento, pero opera de buena manera. Es un emprendimiento de carácter “internacional masivo” que involucra a 2500 empleados y 10.000 científicos y técnicos de más de 100 países.
Al choque
El LHC fue diseñado para provocar la colisión de protones y de partículas a energías extremadamente altas y en ese estado analizar los componentes de la materia.
Uno de los principales logros que ha tenido desde su creación es haber encontrado el llamado “Bosón de Higgs”, una partícula que permitió verificar que las partículas se hicieron de su masa en el universo temprano atravesando campos existentes en el espacio. El hallazgo llevó a que François Englert y Peter Higgs, autores de esa teoría, recibiesen el Premio Nobel de Física 2013.
También se ocupa de la búsqueda de partículas de la denominada “Materia Oscura” que constituye el 27 % del universo y cuya naturaleza es desconocida.
Analiza además la interacción fuerte que mantiene unidos a los quarks dentro de los protones y neutrones, tratando de tener una mejor comprensión de la dinámica cuántica.
Otro de los experimentos es el de generar la colisión de iones pesados a una alta energía, buscando recrear las condiciones que tenía el universo en los primeros microsegundos después del Big Bang, del gran estallido que, según la teoría más aceptada, dio origen al universo. Se trata de un estado de la materia llamado plasma de quarks y gluones, partículas subatómicas que debieron haber existido en ese momento.
El bosón de Higgs, ese detalle
Bosón es el nombre de una partícula cuya posible existencia fue planteada en 1964 por el físico británico Peter Higgs (1929-2024) y demostraría que las partículas que se mueven en el espacio lo hacen atravesando un campo que es donde logran adquirir su masa.
El bosón es la manifestación cuántica de ese campo, similar a una onda en la superficie del agua. Para agitar este campo espacial y ver si genera bosones se necesita concentrar una altísima energía en un punto muy pequeño. Eso lo consigue el LHC generando colisiones de protones a velocidades cercanas a la de la luz.
En 2012 los experimentos verificaron la existencia de esa partícula, respaldando la teoría de que si bien no tenía masa cuando el universo comenzó, la adquirió una fracción de segundo después al interactuar con este campo, hoy conocido como “Campo de Higgs”.
Esta verificación es de las más trascendentes logradas mediante el acelerador, tan importante para la física como el descubrimiento del ADN lo fue para la biología, y estableció el marco para «una nueva aventura en el esfuerzo por comprender el Universo.
Y más
Otros desafíos del LHC es verificar o descartar la supersimetría, que supone la existencia de partículas compañeras para cada partícula. Ese descubrimiento podría resolver varias incógnitas y ayudar a entender como está conformada la materia oscura del universo.
También los científicos trabajan en detectar la posible existencia de las Dimensiones Adicionales, una posibilidad planteada por la Teoría de cuerdas. La misma sugiere la existencia de dimensiones adicionales a las cuatro conocidas. Si se hallaran evidencias de ese planteo habría un cambio total en la comprensión del universo, ya que sería apenas uno dentro de un “multiverso”, donde diferentes regiones del espacio-tiempo están evolucionando a distintos ritmos, creando varios universos de diferentes propiedades físicas. En 2014 el LHC detectó ondas gravitacionales deformatorias del tiempo-espacio que potencian esta idea.
Otro agujero de la ciencia en el que se trabaja es saber por qué el universo está compuesto, casi en su totalidad, por materia, mientras que existe muy poca antimateria. Los científicos no logran entender esa asimetría. Las hipótesis suponen que en el origen del universo existían materia y antimateria en iguales proporciones pero no pueden determinar por qué eso cambió.
En 1928, el físico Paul Dirac escribió una ecuación combinando la teoría cuántica y la relatividad especial para describir el comportamiento de un electrón a una velocidad relativista. Esa ecuación —por la que Dirac ganó el Premio Nobel en 1933— planteaba un problema: podía tener dos soluciones, una para un electrón con energía positiva y otra para uno con energía negativa. Dirac interpretó entonces que para cada partícula debiera existir una antipartícula. Esta idea abrió la posibilidad de galaxias y universos hechos de antimateria. El Big Bang debería haber creado cantidades iguales de materia y antimateria. Entonces, ¿por qué hay mucha más materia que antimateria?. That is the question.
El principio, de la nada al todo
El origen del universo sigue siendo el gran enigma. Esto sin considerar que la ciencia ha asumido la imposibilidad de saber si hubo algo antes de ese inicio.
Albert Einstein, en su Teoría de la Relatividad General, concluyó que todo comenzó con una singularidad, un punto de densidad infinita y temperatura extremadamente alta, que explotó. En ese punto ni la física clásica ni las ecuaciones de Einstein se verifican. Sí lo hacen inmediatamente después de la explosión.
Los físicos Stephen Hawking y James Hartle, que defendieron por años la teoría de esa singularidad, propusieron finalmente otro modelo: la existencia de un tiempo imaginario en el momento de la creación, eliminando así la necesidad de una singularidad y proponiendo en cambio un “universo sin bordes” en el cual el tiempo no tiene un comienzo.
La idea que tiene la ciencia sobre cómo ha sido el origen del universo ubica la gran explosión hace 13 mil millones de años. En el momento en que se formó ese punto —más pequeño que un átomo—, de densidad y energía infinita, explotó. Una trillonésima parte de un segundo después el universo comenzó a expandirse a una velocidad incomprensible, expansión que todavía mantiene: cada minuto todo se aleja más de nosotros. ¿Qué provocó esa explosión? No se sabe. ¿Qué había antes de ese punto? No se sabe. ¿Cómo se formó ese punto, esa singularidad? No se sabe.
Luego de la explosión el universo se comenzó a enfriar y 650 millones de años después se formaron las primeras galaxias.
El físico Stephen Hawking (1942-2018) fue moviéndose entre dos ideas. “Poco después del Big Bang terminó la producción de helio y litio y durante un millón de años el universo se limitó a expandirse sin que ocurriera nada de interés”. El mismo Hawking demostró matemáticamente que el universo debía tener un origen. “Al combinar la teoría de la relatividad con la mecánica cuántica surge un espacio y tiempo finitos, sin bordes ni fronteras. ¿Qué hubo antes del Big Bang? La nada absoluta, el tiempo empezó en ese punto”. Al final de su vida quitó ese punto inicial y planteó un universo naciendo de la nada.
La falta de una respuesta concreta de la ciencia para explicar el momento de la creación ha sido en parte “aprovechado” por las religiones. Esa singularidad donde ninguna ley de la física se cumple es señalada como el momento de la intervención divina.
“Muchos consideran que Dios, omnipotente, podría haber iniciado el universo de cualquier forma que hubiera deseado. Puede que él decretara las leyes, pero en tal caso parece que desde entonces ha dejado que el universo evolucione y ya no interviene más”, reflexionó Hawking.
Con su concepción de un universo sin fronteras, el papel de un creador quedó condicionado. “Si hubo un comienzo el papel de un creador puede ser claro. Ahora, si el universo es autocontenido, sin bordes ni fronteras, sin origen ni final, el papel del creador no es tan obvio. Tenemos un universo que no fue creado”.
En este contexto de ideas y teorías, los científicos han descartado la posibilidad de que el universo deje de expandirse y comience a contraerse hasta un nuevo punto de densidad infinita. Hoy se sabe que se expande un 5-10 % cada mil millones de años, que esa expansión será cada vez mayor y que el tiempo será por siempre.
Esta posibilidad de un Big Crunch despertó inquietudes literarias en escritores como Jorge Luis Borges, quien señaló: “No sé si Dios está en el principio del proceso cósmico, pero posiblemente esté en el fin. Dios es tal vez algo hacia lo cual tiende el universo”. También mencionó que él se propuso dos maneras de concebir un principio del universo, y que las dos eran “inconcebibles”.
Un teólogo de la edad media, Juan Erígena, hizo un planteo similar: “El universo emanó de Dios y regresará, finalmente, a Dios. Entonces, la creación y el creador se confundirán y el tiempo cesará”.
Hawking tampoco descartó ese encuentro. “Si lográramos una teoría completa, el universo podría ser entendido por todos y se podría discutir porque existimos. Esa respuesta sería el triunfo de la razón humana pues comprenderíamos la mente de Dios”.
Un universo de distancias siderales, un punto insignificante que estalla dentro de la nada, la presencia de un creador. Los grandes misterios que acompañan al hombre desde el inicio de los tiempos, si es que hubo inicio, si es que hubo tiempo.