¿Cuáles son las teorías del origen del universo?

Dos teorías en competencia, una sola con evidencia a favor

En 1929, Edwin Hubble publicó algo que cambió la cosmología: las galaxias se alejan de nosotros a una velocidad proporcional a su distancia.^[1] Cuanto más lejos está una galaxia, más rápido se aleja. Extrapolada hacia atrás en el tiempo, esa observación sugiere que todo estuvo junto alguna vez, en un estado mucho más denso. De ahí nace la idea que hoy llamamos Big Bang: el universo se expande y se enfría desde un estado extremadamente caliente y denso de hace unos 13 800 millones de años.

Pero la expansión de las galaxias, por sí sola, no obliga a aceptar que el universo tuvo un comienzo. En 1948, dos equipos británicos propusieron una alternativa seria: la teoría del estado estacionario. Fred Hoyle, por un lado, mostró que las ecuaciones de la relatividad general admiten una solución en la que el universo se expande para siempre sin cambiar de densidad, porque se crea materia nueva todo el tiempo, muy lentamente, en el espacio vacío.^[2] Hermann Bondi y Thomas Gold llegaron a una conclusión parecida por otro camino, el «principio cosmológico perfecto»: si las leyes físicas no pueden depender del lugar, tampoco deberían depender del momento, así que el universo tiene que verse igual siempre, sin un pasado distinto al presente.^[3] En ambos casos la predicción era la misma: nada de big bang, nada de un estado inicial caliente, solo un universo que siempre estuvo ahí, expandiéndose a densidad constante.

Durante más de quince años, Big Bang y estado estacionario convivieron como teorías rivales, cada una con defensores serios. Lo que las separaba era una predicción comprobable: si el universo nació de un estado caliente y denso, tenía que haber quedado un resto de esa luz primitiva, enfriado por la expansión hasta convertirse en radiación de muy baja energía, repartida por igual en todas direcciones. El estado estacionario, en cambio, no predecía nada parecido: nunca hubo un estado caliente del que sobrara luz.

Esa radiación remanente se encontró en 1965, casi por accidente. Arno Penzias y Robert Wilson, dos radioastrónomos de los Laboratorios Bell, en Holmdel, Nueva Jersey, estaban calibrando una antena de bocina de 6 metros para comunicaciones por satélite cuando detectaron un ruido de fondo que no lograban eliminar: un exceso de temperatura de unos 3,5 kelvin, igual en cualquier dirección del cielo, de día o de noche, en cualquier época del año.^[4] Un grupo de físicos de Princeton, que en paralelo buscaba exactamente esa señal porque la había predicho el modelo del Big Bang, confirmó qué era: la luz más antigua del universo, hoy llamada radiación cósmica de fondo. El estado estacionario no tenía forma de explicarla.

Cómo lo sabemos

La pregunta no se resolvió con un argumento filosófico, sino con una medición concreta y una predicción que se podía confirmar o refutar. El modelo del Big Bang, trabajado desde los años treinta por físicos como Ralph Alpher, Robert Herman y George Gamow, predecía que si el universo primitivo fue extremadamente caliente, debía quedar una radiación residual, enfriada por la expansión hasta el rango de las microondas, llegando por igual desde cualquier punto del cielo. El estado estacionario de Hoyle, Bondi y Gold no tenía ningún mecanismo que produjera esa señal, porque en su modelo nunca hubo un estado caliente del cual sobrara luz.

La confirmación llegó por partida doble y casi al mismo tiempo. Penzias y Wilson, en los Laboratorios Bell, usaban una antena de bocina diseñada originalmente para rebotar señales del satélite Echo y, más tarde, para recibir las primeras transmisiones vía Telstar. Al intentar eliminar un ruido de fondo molesto —llegaron a limpiar los nidos y los excrementos de un par de palomas que anidaban en la bocina, por las dudas— se quedaron con un exceso de temperatura de antena de unos 3,5 K que no desaparecía, sin importar hacia dónde apuntaran el instrumento ni en qué momento del día o del año lo hicieran.^[4] A pocos kilómetros, en Princeton, un equipo liderado por Robert Dicke, que incluía a James Peebles, Peter Roll y David Wilkinson, estaba construyendo un detector para buscar exactamente esa señal, porque la habían predicho de forma independiente a partir del modelo del Big Bang. Cuando los dos grupos compararon notas, quedó claro qué era: la luz más antigua que se puede observar, emitida unos 380 000 años después del Big Bang, cuando el universo se enfrió lo suficiente para volverse transparente.

Esa radiación isótropa —igual en todas direcciones, sin una fuente localizada— es exactamente lo que un universo que nació caliente debía dejar atrás, y exactamente lo que un universo estacionario y sin principio no podía producir. No es una medición sin incertidumbre: el valor original de 3,5 K tenía un margen de error de aproximadamente 1 K, y hubo que descartar explicaciones mundanas (ruido del instrumento, de la ciudad de Nueva York, de pruebas nucleares atmosféricas) antes de aceptar que el origen era cosmológico. Pero mediciones posteriores, con el satélite COBE, afinaron ese número a 2,72548 ± 0,00057 K^[6] y confirmaron el patrón previsto con una precisión enorme, lo que convirtió al Big Bang en la teoría aceptada y dejó al estado estacionario sin sustento observacional.

Lo que se suele decir mal

Es común encontrar, sobre todo en resúmenes escolares, una lista de «cuatro teorías igual de válidas» sobre el origen del universo: Big Bang, inflacionaria, estado estacionario y universo oscilante. Esa forma de presentarlas es engañosa, porque mezcla cosas de naturaleza distinta.

El estado estacionario no es una teoría vigente: fue una hipótesis seria, con predicciones propias, que la evidencia de 1965 descartó. El universo oscilante —la idea de que el cosmos se expande, se contrae en un «Big Crunch» y vuelve a empezar, en ciclos sucesivos— es matemáticamente posible en algunas soluciones de las ecuaciones de la relatividad general con curvatura positiva, pero no tiene evidencia observacional a favor: las mediciones actuales muestran que la expansión del universo se acelera en lugar de frenarse, lo que necesitaría revertirse para que hubiera un colapso.^[5] Y la teoría inflacionaria no es una rival del Big Bang que compita por explicar lo mismo: es una pieza que se le agregó para resolver problemas que el modelo original no explicaba bien, como por qué el universo es tan uniforme y tan plano a gran escala; según la NASA, la inflación ocurrió en la primera fracción de segundo y fue, de hecho, lo que desató el propio Big Bang.^[5]

Dicho de otro modo: hoy existe una sola teoría del origen del universo respaldada por observaciones, el Big Bang (con la inflación como parte de su primera fracción de segundo), y dos ideas históricas que compitieron con ella y no sobrevivieron al contraste con los datos.