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El asombroso inicio del Universo

"El principio originario de las cosas es el apeirón. Allí es donde surgen, es donde después perecen por razón de la necesidad" (Anaximandro, filósofo de la antigua Grecia)

Aproximadamente transcurridos entre cinco y diez minutos desde el inicio del Universo en lo que se conoce como Big Bang, el Universo en sí consistía en ser un plasma (casi) perfectamente homogéneo compuesto exclusivamente por núcleos de hidrógeno (75%) y helio (25%). Es decir; que por entre todo el espacio existente este plasma estaba disperso de manera (casi) completamente uniforme, existiendo de media por unidad de área una cantidad constante de materia y radiación.

Y aunque a primera vista este estado homogéneo de la materia puede parecer el más lógico siguiendo nuestro sentido común, en realidad supone uno de los hechos más asombrosos a los que se enfrenta la cosmología moderna. Vamos a intentar entender la causa:

- Imagina que abrimos una lata de Coca-cola en la cocina de nuestra casa. El gas del interior saldrá con fuerza y acabará con el tiempo disperso de manera más o menos homogéneo por entre toda la habitación. La causa de este comportamiento es "sencilla": al abrir la lata el gas que estaba contenido dentro adquiere más grados de libertad (tiene ahora más sitio donde ir), y cada molécula por lo tanto acabará desperdigada siguiendo un patrón probabilista. Finalmente sólo hay que tener en cuenta que existen muchas más configuraciones espaciales posibles donde el gas está disperso de una manera totalmente uniforme por la cocina, que estados "complejos" donde por ejemplo todos esos billones de moléculas por azar acaben en una esquinita del cuarto (o entren de nuevo en orden dentro de la lata).

Por lo tanto, en este caso concreto lo normal (lo más probable) es que el gas de la lata acabe tras ofrecerle nuevos grados de libertad en un estado de máximo desorden (máxima entropía) con una distribución homogénea por todo el cuarto, en lugar de acabar en un estado ordenado de baja entropía (con todas las moléculas aglutinadas por ejemplo en una esquina).

Este comportamiento de nuestro día a día es precisamente el que lleva a nuestro sentido común a extrapolar la situación al inicio del Universo y tomar como un acto lógico y normal el hecho de que todo el plasma de nucleones estuviese uniformemente distribuido tras más de 5 minutos de dinámica natural. Pero hay un circunstancia que no hemos tenido en cuenta:

- Imagina ahora un denso gas en el espacio exterior restringido a permanecer en una órbita cerrada. Según nuestra discusión anterior podría parecer que este gas quedaría finalmente distribuido de manera homogénea por siempre...pero hay un detalle que hace la situación diferente: la fuerza de la gravedad.

El "pequeño" potencial gravitatorio terrestre no es capaz de restringir o afectar el movimiento del (poco denso) gas de la lata de Coca-cola del ejemplo anterior, pero en el caso de este denso gas restringido a moverse en el espacio ocurre algo curioso: el movimiento aleatorio de las moléculas hará fluctuar continuamente la densidad de materia (cantidad de moléculas por unidad de área) de manera que la fuerza de la fuerza de la gravedad (siempre atractiva) actuará sobre tal diferencia de potencial e irá formando con el tiempo pequeños montoncitos (clumps). Estas pequeñas y contingentes agrupaciones supondrán a su vez una desviación adicional en la densidad de masa, la cual atraerá al resto de moléculas con mayor fuerza gravitacional que la media de materia que permanece distribuida todavía de manera uniforme.

Vemos así que con el paso del tiempo, y en las condiciones descritas, el estado futuro más probable para este sistema no es el de permanecer homogéneo...¡sino el de formar patrones centrales! (concentraciones y agrupaciones de moléculas que crecen en el tiempo conforme más masa es atraída e incluida en el aglomerado gravitacional). Como decimos, estos pequeños cúmulos o montoncitos irán creciendo conforme nueva masa es incorporada, lo cual retroalimenta su potencial gravitatorio el cual será capaz de absorber cada vez más moléculas que además estarán cada vez más lejos.

Este proceso es por cierto el que dio lugar hacer aproximadamente 5.000 millones de años al nacimiento de nuestro Sol y sus planetas: un denso gas original fue formando mediante fluctuaciones pequeñas agrupaciones que mediante retroalimentación atrajo cada vez más y más moléculas y átomos hasta conformar objetos de tamaño astronómicos, los cuales luego impactaron y chocaron entre sí hasta que finalmente se logró un estado estacionario (el sistema solar tal y como hoy lo conocemos).

Decir a modo de resumen que cuando la fuerza de la gravedad es un factor importante a tener en cuenta, el estado de equilibrio (el estado final más probable, más desordenado o de máxima entropía) para un sistema no es el de la distribución uniforme, sino el de grandes agrupaciones centrales de materia moviéndose de manera estacionaria.

Volviendo al inicio del Universo.

Ahora ya podemos entender la extrañeza de esa distribución de materia uniforme transcurridos varios minutos desde el Big Bang. En aquellos momentos la densidad de materia en el plasma era enorme, y la gravedad ciertamente era una fuerza con una importancia primordial: ¿cómo pudo entonces el Universo aparecer tras la nucleosíntesis en un estado tan poco probable (con una entropía tan baja) dada la importancia gravitacional en aquellos momentos?

La única explicación imaginable parece ser que el propio Universo se encontraba (antes de esos pocos minutos) en un estado aún más improbable y ordenado. Es decir; que el origen del mundo parece requerir de un inicio tan extraordinariamente ordenado (ajustado) que aún después de varios minutos cientos de miles de billones de partículas se movían con tanta "coordinación" que ninguna fluctuación importante permitió a la fuerza de la gravedad deshacer la uniformidad reinante.

Y esto es algo realmente asombroso: el origen de nuestra realidad supuso la aparición del fenómeno en un estado dinámico tan "perfecto" (tan poco probable, tan complejo y tan ordenado) que nuestra mente no puede siquiera hacerse una idea. Es como si lanzaramos al aire cientos de miles de billones de pequeños imanes, y que caigan todos al suelo logrando una separación por unidad de área muy densa pero tan perfecta y ordenada que la fuerza magnética se anulara de media y no lograra mover ni un milímetro ninguno de estos imanes durante varios minutos. Pues igual de improbable (salvando las distancias) fue el origen de nuestro mundo.

Los dos misterios de la existencia. 

El origen de nuestro Universo supuso un acto de creación casi perfecto: un inicio muy improbable, muy ordenado y de entropía casi nula. Un orden completamente contraintuitivo y que no tiene hoy día explicación teórica. De hecho, cualquier milmillonésima desviación en el estado inicial tras el Big Bang habría desbaratado el equilibrio lo suficiente como para que la gravedad hubiese creado agrupaciones de partículas en pocos picosegundos, generándose posiblemente agujeros negros mucho antes de que la edad del Universo llegase siquiera al minuto.

Por lo tanto, el hecho comentado al inicio de la entrada que nos dice que transcurridos varios minutos el mundo era aún casi perfectamente homogéneo supone que su comienzo supuso un fino ajuste de una precisión tan asombrosa que posiblemente sea uno de los misterios más complejos de resolver en la física moderna.

Tenemos así dos grandes misterios al respecto de la existencia:

1) No comprendemos cómo ni por qué de alguna manera ya existía una energía primigenia anterior al origen de nuestro Universo. Es decir; que no entendemos de dónde provino la energía que causó primero el Big Bang, y que inundó (y determinó) después todo el fenómeno del mundo.

2) No entendemos por qué el estado inicial del fenómeno estaba tan asombrosamente coordinado. Es decir, que no comprendemos la causa de que al inicio en el mundo la energía (que salvo una constante equivale a la materia) estuviese distribuida de la manera justa y necesaria para que el potencial gravitatorio se anulase femtometricamente hasta bien pasada la nucleosíntesis (sin mencionar al resto de constantes y leyes naturales que de ser diferentes también habrían modificado drásticamente la evolución del Universo).

Multiverso y principio antrópico.

El origen de nuestro Universo (único del que tenemos evidencia empírica directa o indirecta) supone la existencia previa de un "mecanismo" natural que fue capaz no sólo de proveer de algún modo la astronómica energía necesaria como para desatar en cierto instante lo que entendemos como nuestro Big Bang, sino que también tuvo que establecer y "configurar" de algún modo el estado del Universo para que adquiriese inicialmente un enorme orden dinámico. Un estado original tan preciso y estocásticamente improbable que casi parece requerir que este proceso primigenio del que hablamos poseyese algún tipo de potencial (casi) infinito sobre su "creación".

Comentar por último que si detrás de todo este finísimo ajuste del que hablamos se encuentra el socorrido principio antrópico junto con la hipótesis del multiverso, lo enormemente improbable del estado inicial aquí comentado parece no dejar espacio más que para una cantidad prácticamente infinita de Universos (o eones) dentro del multiverso (cuanto más improbable es un estado más alternativas se requiere para compensar).

Pero de ser este el caso tendríamos así un proceso natural de creación infinita y con potencial infinito. Un acto de creación que por su misma naturaleza indefinida e interminable no tendría cabida dentro del concepto de tiempo: siendo por tanto atemporal. Un infinito potencial creador atemporal y por tanto anterior al propio concepto fenoménico de materia. Es decir, que hablaríamos de un infinito poder inmaterial y atemporal (eterno) de creación primigenia.

Bien parece que la moderna cosmología no se separa tanto como pensamos de las viejas ideas metafísicas de siempre. Valga mencionar que ya el filósofo Anaximandro afirmaba que los mundos nacían del Infinito: "Hay muchos mundos y muchos sistemas de Universos que existen todos al mismo tiempo, todos ellos perecederos". Anaximandro afirma así como primera causa de la realidad a lo indefinido, lo indeterminado, lo infinito, a partir de la que evoluciona todo lo real. Es decir, que ya el filósofo griego nos habló varios siglos antes de cristo del multiverso...sólo que él lo denominó apeiron.

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