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No había planetas, estrellas ni galaxias; sólo había una melé de partículas elementales; éstas llenaban el Universo. Además, todo el Universo era más pequeño que la punta de un alfiler y estaba increíblemente caliente. De repente empezó a expandirse, y a medida que se extendía a partir de este inicio extraño e inesperado, evolucionó hasta el Universo que vemos hoy.

La ciencia moderna es incapaz de describir o explicar algo que sucedió en los primeros 10-43 segundos después del Big Bang. Este intervalo, 10-43 segundos, se conoce como el tiempo de Planck, con el nombre del científico alemán Max Karl Ernst Planck. Él fue el primero en introducir la idea de que la energía podía considerarse no como un flujo continuo, sino como paquetes, o "cuantos", cada uno de ellos con una energía específica. La teoría cuántica está ahora en la base de gran parte de la física moderna: trata del Universo en las escalas más pequeñas y es ciertamente uno de los dos grandes logros de la ciencia teórica del siglo XX. El otro es la teoría de la relatividad general de Einstein, que trata de la física de escalas muy grandes -escalas astronómicas, de hecho.

Pese a que, en sus propios dominios, ambas teorías están extraordinariamente bien comprobadas por experimentos y observaciones, hay problemas importantes para reconciliar estas teorías entre sí. En particular, ellas tratan el tiempo de maneras fundamentalmente diferentes. Las teorías de Einstein tratan el tiempo como una coordenada; por lo tanto es continuo, y nos movemos suavemente de un instante al siguiente. En la teoría cuántica, sin embargo, el tiempo de Planck representa un límite fundamental: la menor unidad de tiempo de la que se puede decir que tiene significado, y la menor unidad que podría medirse alguna vez, siquiera en teoría. Incluso si construimos el reloj más preciso posible, lo veríamos saltar bastante erráticamente de un tiempo de Planck al siguiente.

Tratar de reconciliar estas dos visiones del tiempo en conflicto es uno de los mayores desafíos de la física del siglo XXI (recientemente intentado en la "teoría de cuerdas" y su pariente la "teoría de membranas"). Por ahora, en el Universo pequeño, caliente y denso que existía inmediatamente después del Big Bang, la física cuántica domina, y con ello empezamos nuestro estudio científico del Universo 10-43 segundos después del comienzo.

El Big Bang es una idea contraintuitiva. Nuestro sentido común parece mucho más inclinado a la idea de un Universo estático e infinito, y pese a todo hay buenas razones científicas para creer en este suceso singular. Si aceptamos el Big Bang, es posible rastrear la secuencia completa de sucesos desde el primer tiempo de Planck hasta el presente, donde nos encontramos en lo que Carl Sagan describió memorablemente como nuestro "punto azul pálido".

El principio del tiempo

Por lo tanto, retrocedamos hasta el mismo inicio del Universo, inmediatamente después del propio Big Bang. Es tentador imaginar que el Universo estalla de repente en un enorme océano de espacio, pero esto es completamente erróneo. La verdadera imagen del Big Bang es una en la que nacieron el espacio, la materia y, de forma crucial, el tiempo. El espacio no apareció de la "nada"; antes del momento de la creación no había "nada". El propio tiempo todavía no había empezado, y por ello ni siquiera tiene sentido hablar de un tiempo antes del Big Bang. Ni siquiera un Shakespeare o un Einstein podría explicar esto en lenguaje llano, ¡aunque una combinación de los dos podría ser útil!

Se sigue también que cuando observamos hoy el Universo no tiene sentido preguntar "dónde" sucedió el Big Bang. El espacio sólo nació con el propio Big Bang. Por ello, en aquellas primeras pocas fracciones de segundo, el Universo entero que vemos hoy estaba en una minúscula región, más pequeña que un núcleo atómico. El Big Bang sucedió "en todas partes", y no hubo ningún punto central.

Una bonita ilustración de ello se da en un famoso grabado de Escher, conocido de forma no muy romántica como División Espacial Cúbica. Imagínese en uno cualquiera de los cubos que marcan las uniones en este retículo, mientras todas y cada una de las barras que unen los cubos se expanden. Desde su perspectiva parecería que todo se está alejando de usted, y al principio parecería natural concluir que usted está en una posición especial: el centro de expansión. Pero una reflexión le permite darse cuenta de que la expansión parecería igual en cualquier lugar del retículo en el que usted estuviera; no hay un centro. La situación es muy similar en nuestro Universo; cada grupo de galaxias parece estar alejándose de nosotros, y pese a todo, los observadores que nos mirasen desde estas estrellas distantes verían la misma ilusión y presumiblemente concluirían que están en el centro de la expansión.

Otro problema concierne a la pregunta frecuentemente planteada, y a primera vista razonable, "¿qué tamaño tiene el Universo?". Aquí tenemos de nuevo un problema importante sobre el que parece haber dos respuestas posibles. O bien el Universo es de tamaño finito, o por el contrario no lo es. Si es finito, ¿qué hay fuera de él? La pregunta no tiene sentido; el propio espacio existe sólo dentro del Universo, y por lo tanto no hay literalmente "fuera". Por otra parte, decir que el Universo es infinito es decir realmente que su tamaño no es definible. No podemos explicar el infinito en lenguaje cotidiano, y tampoco podría hacerlo Albert Einstein (nosotros lo sabemos, ¡porque Patrick se lo preguntó!).

Recordemos también que tenemos que considerar el tiempo como una coordenada; en otras palabras, no podemos preguntar simplemente "¿qué tamaño tiene el Universo?", pues la respuesta cambiará con el tiempo. Podríamos preguntar "¿qué tamaño tiene el Universo ahora?" pero, como veremos más adelante, una consecuencia de la relatividad es que es imposible definir un único momento llamado "ahora" que tenga el mismo significado en todo el Universo.

Hablar de un Universo que tiene un tamaño concreto lleva inmediatamente a la idea de un límite. Si viajáramos suficientemente lejos, ¿toparíamos con una pared de ladrillo? La respuesta es no. El Universo es lo que los matemáticos llaman finito pero ilimitado. Una analogía útil es la de una hormiga arrastrándose por una bola. Viajando siempre en la misma dirección sobre esta superficie curva nunca llegará a dar con una barrera, y puede recorrer una distancia infinita. Esto sucede a pesar del tamaño finito de la bola, de lo que la hormiga será completamente inconsciente. Análogamente, si estuviéramos en una potente nave espacial en lo que percibimos que es una línea recta, nunca llegaríamos al borde del Universo, pero esto no significa que el Universo sea infinito; veremos más adelante que también el espacio puede considerarse curvo.

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