La historia más increíble jamás contada

Esta historia data de hace unos 14.000 millones de años, cuando toda la energía y la masa del universo, estaban concentradas en una región tan diminuta, que era millones de veces más pequeña que el punto con el que concluye esta frase. Aunque todavía se desconoce la forma en la que surgió este universo, la única posibilidad que tenía, era la de expansión, algo que hoy en día conocemos como Big Bang.

Uno de los mayores obstáculos que comprende este proceso, se encuentra en los que se conoce como la era de Planck, que va desde el inicio del tiempo, hasta 10 elevado a -43 segundos (una diez millonésima billonésima billonésima billonésima de segundo), en esta brevísima era, la mecánica cuántica y la relatividad general deberían aparecer combinadas, ya que lo grande (relatividad general) era pequeño (mecánica cuántica). Pero como la combinación de estas dos disciplinas en una gravedad cuántica coherente, sigue siendo a día de hoy uno de los mayores retos a los que se enfrenta la física, el comportamiento del universo en este periodo, nos es desconocido. Lo que se cree, es que cuando concluyó la era de Planck, la gravedad se escapó del resto de fuerzas unificadas con una identidad independiente. Cuando el universo tenía 10 elevado a -35 segundos, las fuerzas unificadas se dividieron en la fuerza electrodébil y la fuerza nuclear fuerte; para que finalmente la electrodébil se divorciara en la fuerza electromagnética y la fuerza nuclear débil. Obteniendo así las cuatro grandes fuerzas que rigen el devenir de nuestro universo.

Tras la aparición de las fuerzas fundamentales, cuando el universo tenía una billonésima de segundo de vida, la materia en forma de partículas subatómicas, y la energía en forma de fotones (partículas carentes de masa que se comportan como ondas y como partículas) no paraban de interaccionar. Los fotones espontáneamente convertían su energía en pares de partículas de materia-antimateria que luego se aniquilaban mutuamente, devolviendo esa energía a los fotones, todo ello siguiendo la fórmula más famosa de la física 𝐸 = 𝑚 * 𝑐 al cuadrado, en donde la materia se convierte en energía y viceversa. Un poco antes de esto, antes de que la fuerza nuclear fuerte y la electrodébil se separaran, el universo no era más que un caldo de quarks (que uniéndose en tríos forman los protones y neutrones de los núcleos de los átomos entre otros), leptones (los más famosos son el electrón y el neutrino) y antimateria, junto a bosones, que son las partículas que permiten sus interacciones. Los quarks, son partículas extrañas, en primer lugar, a diferencia del protón y el electrón que tienen cargas absolutas (+1 y -1 respectivamente) los quarks tienen cargas fraccionadas. En segundo lugar, los quarks nunca aparecen aislados, sino que aparecen unidos a otros quarks con una fuerza que se incrementa conforme estos se separan (más bien conforme se intenta separarlos). Esto es muy contraintuitivo, ya que por lo general, la fuerza gravitatoria o la eléctrica, decae con la distancia. En el periodo mencionado, la separación entre quarks libres y quarks unidos era semejante, por lo que no existía una lealtad entre los quarks, y se movían libremente a pesar de estar unidos entre sí. Sin embargo, esto no ocurrió durante mucho más tiempo.

Después de pasar una millonésima de segundo, el universo, debido a su expansión, continuó enfriándose y bajó rápidamente del billón de grados Kelvin. Este universo ya no era lo suficientemente caliente como para seguir cocinando quarks, así que todos los quarks existentes se unieron unos con otros, formando parejas o tríos que crearon una nueva familia de partículas pesadas conocidos como hadrones (los protones y los neutrones serían sus representantes más famosos) y de ahí el nombre del Gran Colisionador de Hadrones del CERN. En este periodo hadrónico, la asimetría entre materia-antimateria que existía ya en el caldo de quarks (probablemente debido a la separación de las fuerzas fundamentales mencionada al principio) se mantuvo, pero con consecuencias increíbles.

Como el universo siguió expandiéndose y enfriándose, la cantidad de energía disponible para crear espontáneamente partículas básicas descendió, los fotones ya no podían seguir la ecuación de Einstein y convertir la energía en materia. Además, con la expansión del universo, los fotones generados a partir de las aniquilaciones partícula-antipartícula perdieron energía, cayendo por debajo de la energía requerida para crear pares de hadrones-antihadrones. Como existía una asimetría a favor de la primera entre la materia y la antimateria, poco a poco, fueron quedando hadrones solitarios, que serían los encargados de crear los átomos, los planetas, las estrellas y las galaxias. Sin ese desequilibrio, todas las masas del universo se habrían autoaniquilado, generando un universo solo de fotones, es decir, solo de luz.

Ya ha pasado un segundo del tiempo, y el universo ha crecido unos cuantos años luz* (aclaración al final del artículo). A miles de millones de grados, todavía se pueden cocinar electrones, y sus antipartículas, los positrones, que siguen apareciendo y desapareciendo. Pero con la continua expansión y enfriamiento del universo, lo que les ocurrió a los quarks y a los hadrones, también les ocurrirá a los electrones, ya que esa pequeña asimetría entre la materia y la antimateria se prolongará hasta los electrones que mientras la mayoría se autoaniquila (junto a su antipartícula el positrón) unos cuantos sobrevivirán. Entonces, un electrón por cada protón se “congela” en vida (atraídos por sus cargas eléctricas opuestas) formando los primeros átomos verdaderos del universo. Los protones, se fusionan con otros protones y otros neutrones produciendo un universo donde el 90% de los núcleos son de hidrógeno, casi el 10% de helio, junto con pequeñas cantidades de litio, deuterio y tritio, los dos últimos isótopos del hidrógeno. La materia tal y como la conocemos en la actualidad ya se ha formado, y han pasado dos minutos desde el comienzo del tiempo.

En los siguientes 380 mil años, no ocurrió nada muy especial, ya que la temperatura era lo suficientemente alta como para que los electrones se moviesen libremente e interaccionasen con los fotones. Pero cuando la temperatura del universo cayó por debajo de los 3.000 grados kelvin, todos los electrones libres se unieron a sus núcleos. Este matrimonio dejó tras de sí un reguero de luz visible que todo lo baña, y que puede ser apreciado a día de hoy; se trata del fondo de radiación de microondas, la foto más antigua jamás realizada.

Durante los primeros mil millones de años, la materia empezó a condensarse en regiones del espacio debido a la acción de la gravedad, originando formaciones que conocemos como galaxias. Cada una de ellas contiene cientos de miles de estrellas con varias veces la masa del sol, dentro de las cuales, se originan fusiones termonucleares mediante las cuales se van generando nuevos elementos, que son los que componen los planetas y los organismos que en ellos habitan. Estos elementos dentro de las estrellas no posibilitan la vida, pero gracias a que las estrellas explotan formando supernovas, los elementos fueron diseminados por todas las galaxias.

Tras 7 u 8 mil millones de años, de enriquecerse en una parte cualquiera del universo (los alrededores del Supercúmulo de Virgo) en una galaxia cualquiera (La Vía Láctea) en una región cualquiera (Brazo de Orión) nació una estrella cualquiera, nuestro Sol.

*Puede que al lector le sorprenda que tras transcurrir un segundo de tiempo del universo, este tuviera varios años luz de tamaño, ¿Cómo es posible? ¿No decía la teoría de la relatividad de Einstein que nada viaja más rápido que la luz?. Ambas afirmaciones son correctas, ya que durante los primeros instantes de la creación del universo, lo que se conoce como inflación cósmica, la velocidad de expansión del universo era superior a la de la luz. Aun así, esto no contradice la teoría de Einstein, ya que ésta indica que ningún objeto puede viajar a una velocidad superior a la de la luz dentro del espacio, no que el propio espacio tenga que viajar a una velocidad inferior.

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