ASTRONOMIA. FOROS ASTROGUIA.ORG

[illu]

La gran adivinanza de Guth
Por Brad Lemley

"La mayoria de la gente quiere saber de donde vinimos. Ya hay
evidencia, no tenemos que seguir basandonos en los cuentos que
nos hicieron, cuando eramos jovenes"

De donde vino todo ? No responda "La gran explosion". Decir
que todo vino de la gran explosion es como decir que los bebes
vienen de las salas de maternidad, cierto en un sentido estrecho
pero no llega, lo bastante lejos. De donde vino la materia que
exploto ?. Que era ?. Porque exploto? Antes que Alan Guth diera
un paso al frente, los cosmologos raras veces se atrevian a
adivinar. La Teoria de la Gran Explosion, basada en especulaciones
que datan de 1922 y confirmadas por los astrónomos en los años 1960,
postulaba que el universo comenzo como una minuscula bola de fuego
de densidad y temperatura extremas que, desde entonces, ha estado
expandiéndose y enfriándose, pero la teoria no dice nada acerca de
lo que ocurrió antes, ni siquiera en la precisa fracción de segundo
en que todo exploto. En diciembre de 1979, Guth, entonces un oscuro
fisico de 32 años del Centro del Acelerador Lineal de Stanford, emergió
como el primer cientifico en ofrecer una descripción verosimil del
universo cuando tenia menos de una centésima de segundo de edad.
Durante un periodo explosivo de entre 10^-37 y l0^-34 segundos después
de su nacimiento, dijo Guth, el universo se expandió a una velocidad
que continuó duplicándose antes de comenzar a estabilizarse en la
expansion más sosegada descrita por la Teoria de la Gran Explosion.
La Teoria de la Inflación "nombre acuñado por Guth para esta expansion
super rápida del universo inicial" ha vencido todos los retos teóricos
y se ha hecho más fuerte con cada nuevo hallazgo, incluyendo el ultimo
y mayor de ellos: que la velocidad de expansion del universo, la cual
se pensó se estaba reduciendo, en realidad se está acelerando. "No hay
competencia, pero no es por no habrr tratado", dice el cosmologo
Alexander
Vilenkin, de la Universidad Tufts. "Muchos han tratado de desarrollar
un modelo que enfoque los mismos problemas y han fallado" La reputacion
de Guth ha ascendido con la teoria. Ha pasado a ser el numero uno en
cosmologia. En abril del pasado año, recibio la medalla Benjamin
Franklin, de Fisica, precursora frecuente del Premio Nobel.

Mientras tanto, ha llegado el momento de analizar la mayor
implicación de la inflación, una qué parecía inalcanzable para
una teoría no comprobada en 1979, pero que ahora hay que enfrentar
sin vacilación. El universo entero puede ser, para usar la frase
de Guth, "un almuerzo gratis" La ‘materia’ primordial de la
inflación, sostienen él y otros cosmólogos, es muy probablemente
una creación espontánea, un regalo incondicional que surgió de
absolutamente ningún lugar, mediante un proceso absolutamente
aleatorio, pero no obstante científicamente posible. Ahora la
teoría de la inflación se está acercando al dogma, está llevando
a la ciencia a la vera de contestar una de las mayores preguntas:
Por qué hay algo en lugar de nada?
Para averiguarlo, atravesé los terrenos universitarios del
Instituto Tecnológico de Massachussets, donde Guth es profesor
de física. Su oficina está en el edificio 6 (en el agresivamente
utilitario MIT los edificios tienen números y no nombres), al
final de un conector de 1/2 kilómetro de longitud que los
estudiantes llaman "el pasillo infinito" Llamé a la puerta. Guth
no está. "El siempre llega tarde" me dice, en tono servicial, un
profesor que pasa. El asistente de Guth me abre la puerta. Da la
impresión que algo ha explotado en la oficina de Guth. Aun por
los estándares del profesor distraído, es un terrible desorden.
Una pila de 39 botellas vacías de refresco, casi todas Pepsi de
dieta, se apoya contra la pared. Los desperdicios incluyen una
taza grande de café a medio consumir, cajas vacías de piezas de
computadora y otros desechos. Cubriendo todas las superficies
horizontales se hacia, aparentemente, cuanto articulo o libro
se ha escrito acerca de cosmología, astrofísica o física de las
partículas. Las pilas sobre el escritorio de Guth son más altas
que el monitor de su computadora. Es una oficina grande según los
estándares académicos, unos 41/2 x 6 metros, pero se hace necesario
saltar de uno de los pocos espacios libres a otro, sobre la alfombra,
para llegar a algún lugar. Y aquí llega Guth, con la mano extendida
y disculpándose por la tardanza. Es bajito, aproximadamente 1,7 m y
enérgico. Es fácil creer que una vez fue campeón de salto largo en
su escuela secundaria de Highland Park, en New Jersey. Su cuello se
proyecta hacia adelante, formando un ángulo de unos 45 grados con
los hombros, dando la impresión de que todo lo fascina, lo cual es
cierto. El pelo grasoso le cubre las orejas. Usa espejuelos de aro
de oro, camisa azul sin corbata, pantalones color caqui, zapatos
informales carmelitas de cuero y uno de esos relojes cómicos que
ienen un teclado. Habla rápidamente, con un fuerte acento de New
Jersey. Tiene 55 años y es hijo de un tintorero. Es un hombre de
familia, con un hijo en la universidad y una hija en la escuela
secundaria y tiene puestos los pies sobre La tierra, riéndose
ruidosa y frecuentemente mientras discutimos la insoportable
situación del estacionamiento en MIT.
Mientras Guth habla, parece desplazarse en forma natural hacia
atrás 15 mil millones de años, hasta el momento en que, la mayoría
de los cosmólogos concuerdan, comenzó el universo. Pronto estamos
entre las estrellas nacientes. "No es una coincidencia que la Biblia
comience por el Génesis", dice mientras abandonamos el edificio y
recorremos de prisa la calle Vassar, entre un congelante viento de
otoño que sopla desde el río Charles. "La mayoría de las personas
quiere saber de donde vinimos y de donde vino todo lo que nos rodea.
Yo quiero darle un fuerte impulso a La respuesta científica. Tenemos
evidencia. No tenemos que basarnos más en las historias que nos
dijeron cuando eramos jóvenes’
Entramos en un pequeño restaurante italiano situado en la parte
norte de MIT Aquí no hay tal almuerzo gratis. El pescado de Guth
cuesta 10.95 dólares. Bueno, dice, y vale su precio.
Si 225 gramos de pescado cuestan 11 dólares y si, en un sentido
mayor, nada en el universo se "compra" sin intercambio de energia,
como es posible que todo el universo sea gratis?
Comience, dice Guth, por imaginar la nada, un vacío puro. Tenga
cuidado, no se imagine el espacio exterior sin materia. Imagine ni
espacio ni materia en absoluto. Buena suerte.
Puede parecer obvio que en la nada no puede ocurrir nada, pero para
un físico cuántico, la nada, de hecho, es algo. La teoría cuántica
sostiene que la probabilidad y no lo absoluto rige cualquier sistema
físico. Es imposible, aun en principio, predecir el comportamiento
de un simple átomo. Todo lo que los físicos pueden hacer es predecir
las propiedades promedio de una gran cantidad de atomos. La teoría
cuántica también sostiene que el vacío, al igual que los átomos, está
sujeto a las incertidumbres cuánticas. Esto significa que las cosas
pueden materializarse a partir del vacío, aunque tienden a desaparecer
de nuevo en el rápidamente. Aunque este fenómeno nunca ha sido
observado
directamente, las mediciones de la fuerza magnética del electrón
implican
que es real y que ocurre en el vacío del espacio, incluso ahora.
En teoría, cualquier cosa, una casa, un planeta, puede surgir a la
existencia mediante esta extravagancia cuántica, a la cual los físicos
llaman fluctuación del vacío. La probabilidad, sin embargo, dicta que
las partículas subatómicas, una positiva y otra negativa, de manera
que no se violen las leyes de la conservación, son con mucho las
creaciones más probables y que su duración será extremadamente breve,
típicamente solo 10-21 segundos. La creación espontánea y persistente
de algo aun tan grande como una molécula es improbable. No obstante, en
1973, un profesor auxiliar de la Universidad de Colombia, llamado
Edward
Tyron, sugirió que el universo completó pudo haber llegado a existir de
esa forma. En un articulo titulado . Es el universo una fluctuación del
vacío? él señalaba: Ofrezco mi modesta proposición de que nuestro
universo es una de esas cosas que ocurren de tiempo en tiempo. Otros se
burlaron de la idea. Si una molécula de fugaz existencia surgiendo de
la nada es absurdamente improbable, razonaban los físicos, un universo
de 15 mil millones de años es mucho menos probable.


La gran adivinanza de Guth-2

La situación se mantuvo así durante años, hasta que en noviembre 13
de 1978, Guth, mientras realizaba investigaciones para post doctorado
en la Universidad Cornell, participó en una disertación sobre la Gran
Explosión dada por el cosmólogo de Princeton Robert Dicke. En aquella
época Guth pensaba que el campo de la cosmología era irritantemente
vago. una caja de indulgencias especulativas comparado con el
matematicamente limpio mundo de la física de las partículas.
Si la semana hubiese sido un poco más ajetreada, yo no hubiera
asistido a la conferencia" dice, pero no lo fue y asistió.
El tópico de Dicke era el problema del universo plano, uno
de los mayores misterios de la teoría de La Gran Explosión.
Dicke explicaba que de alguna manera el UNIVERSO parece ser
ext extremadamente "plano", lo cual significa que la materia
la velocidad y la gravedad, todas se balancean para colocar
el espacio-tiempo exactamente en la linea divisoria entre
una geometría "cerrada" y una "abierta". En un universo
cerrado, las curvas espacio tiempo se curvan sobre si mismas,
de modo que los rayos de luz que comienzan paralelos realmente
se encontraran. En un universo abierto los rayos divergirán. El
valor de omega describe la relación entre la densidad promedio
de la materia en el espacio y lo que esa densidad necesitaría
ser para que el universo fuera perfectamente plano. Si omega
equivale a 1, el universo es plano.

Ahora, de regreso en la oficina de Guth (la explicación
de omega más toda tomó mucho mas tiempo que el que pudiera
sugerir el párrafo anterior), se inclina hacia adelante en
su butaca color naranja, mostrando palpablemente su excitación
acerca de este tema. "De nada acuerdo con La teoría clásica
de la Gran Explosión, al evolucionar el universo, el valor de
omega siempre se aleja de 1", dice. Por tanto, si el universo
comienza con un valor de omega menor que 1, omega rápidamente
disminuye al envejecer el universo. Si comienza con un valor
de omega mayor que 1, omega se hace rápidamente mayor. EL hecho
de que omega en la actualidad sea muy cercano a 1 (Las medidas
de la radiación de microondas en un segundo plano indican que
está dentro del 10 por ciento de 1), significa que de acuerdo
con la teoría clásica de La Gran Explosión, omega debia haber
estado entre 0,999999999999999 y l.00000000000000l. Pero por qué?
Yo estaba intrigado", dice Guth. "?Como pudo comenzar ese numero
tan exactamente definido?" El 6 de diciembre de 1979, después de
mas de un año reflexionando acerca de este y otros misterios de
La Gran Explosión, Guth se sentó frente a su escritorio y encontró
el gran avance al que llamó inflación. Se dio cuenta de que omega
no tenia por qué estar tan exactamente afinado desde el principio.
Un universo inicial expandiéndose exponencialmente, al cual
vendría a llamar el universo inflacionario, llevaría omega
hacia 1, no alejándose de 1, haciendo inevitable el universo
plano. Volvamos al vacío primordial, un caldo hirviente del
cual se escapan pares de partículas subatómicas positivas y
negativas existiendo durante el mas breve de los instantes.
La teoría inflacionaria sugiere que lo que surgió fue un
"falso vacío" una forma peculiar de la materia, cuya existencia
fue predicha por muchos teóricos de las partículas, aunque
nunca ha se ha observado en la realidad.

El falso vacío se caracteriza por un campo gravitatorio repelente,
tan fuerte que puede explotar y convertirse en un universo. Otra
peculiaridad de este falso vacio es que no se diluye al
expandirse como, digamos, lo hace un gas. La densidad de la
energía que contiene permanece constante, aun cuando crece.
Por eso la expansión del falso vacío, acelerándose exponencialmente
por la acción de su fuerza repelente, creo realmente grandes
cantidades de energía siempre duplicándose, la cual se descompuso
formando un plasma hirviente de partículas, tales como
electrones, positrones y neutrinos. A medida que el universo
inicial continuo duplicandose cada microsegundo, la materia que
contenia también se duplico a partir de la nada. Los electrones,
positrónes y neutrinos se convirtieron en una especie de sopa
caliente, la cual 300.000 años mas tarde se neutralizo formando
átomos simples. Estos átomos simples, hidrogeno, helio y litio),
fueron destruidos y exprimidos entre si para formar átomos mas
complejos y mas pesados, dentro de las estrellas.
Al explotar hacia el espacio por las supernovas, se convirtieron
en la materia que vemos y somos actualmente.
El pedacito inicial de falso vacío que requieren los cálculos
de Guth resulto ser increíblemente pequeño: una mil millonésima
parte de un protón. El periodo requerido de crecimiento exponencial
fue muy corto. En, quizás, solo 10^-34 segundos, sugiere él, el
universo se expandió en 25 órdenes de magnitud, hasta aproximadamente
el tamaño de una canica, un aumento equivalente a un frijot creciendo
hasta el tamaño de la Vía Láctea.
El proceso inflacionario, descubrió Guth, impulsaría a omega
hacia 1 con increíble suavidad la razón se expresa mejor por
analogía. El universo aparenta ser virtualmente plano por la
misma razón que la superficie de la Tierra aparenta ser virtualmente
plana para una persona parada sobre esa superficie. El material del
espacio se "estira" relativamente, de manera que al duplicarse tan
poco como 100 veces la curvatura se cancela.
Y que acerca de la conservación de la energia? De acuerdo con la
teoría de la relatividad de Einstein, la energia de un campo
gravitatorio es negativa. La energía de la materia, sin embargo, es
positiva. Por eso el conjunto universo-creación pudo desdoblarse sin
romper las leyes de conservación de la energía. La energía positiva
de toda la materia del universo se pudo balancear con exactitud por
la energía negativa de toda la gravedad del universo. Esto es algo
más que teoría. Las observaciones son consistentes con la idea y los
cálculos que determinan el total de la materia y la energía en el
universo observable, indican que los dos valores parecen estar
balanceados. Toda La materia más la gravedad es igual a cero. Por
eso el universo pudo surgir de la nada, porque es básicamente, nada.
Es realmente fantástico darse cuenta de que las leyes de la física
pueden describir cómo todo se creó en una fluctuación cuántica
aleatoria
a partir de la nada, y cómo durante 15 mill millones de años la materia
pudo organizarse en formas tan complejas que tenemos aquí seres humanos
hablando, haciendo cosas intencionalmente" dice Guth, inclinándose, si
es posible, cada vez más hacia adelante.
Tres semanas mas tarde, asistí a una conferencia dada por Guth en La
Academia de Ciencias de New York. Era una reunión augusta, de audiencia
plena y Guth manejó las preguntas con aplomo, aun una acerca de las
"ondas negativas conscientes" que surge de los ataques terroristas del
11 de septiembre (Guth sugiere que el pensamiento racional, tal como
el que la cosmología brinda sobre el origen del universo, podría
convertir al mundo en un lugar más pacifico).
~Pero cómo sabemos si algo de esto es cierto? En realidad se ha
sometido a prueba" dice Guth. Las lecturas del satélite Cosmic
Background Explorer, lanzado en 1989, muestran que la temperatura
de la radiación que se difunde por el universo es asombrosamente
uniforme. La teoría clásica de la Gran Explosión sin inflación no
ofrece explicación. Algunos mecanismos tendrían que transmitir
energia e información aproximadamente a 100 veces la velocidad
de la luz para que estas distantes partes de la radiación
"conozcan" y reflejen las temperaturas respectivas. La inflación,
expandiéndose a velocidades mayores que la luz, es la unica forma
conocida mediante la cual dicha uniformidad pudiera expandirse tan
ampliamente. (Incidentalmente, esa expansión no viola el limite de
La velocidad cósmica. Einstein correctamente afirmo que nada en el
universo podría exceder la velocidad de la luz, pero aun en la
medida en que el cosmos creció a velocidades mayores que la de
la Luz, ninguna de sus partículas pudo nunca ganarte la competencia
a un rayo de luz).
La teoría de la inflación también predice las llamadas perturbaciones
de la densidad, pequeños rizos en esta uniformidad, que se convierten
en semillas para la formación de galaxias. Las galaxias que observamos
actualmente son exactamente lo que la teoría de la inflación sugiere
debieron haber sido creadas. "Las teorías que hemos desarrollado hasta
ahora parecen funcionar asombrosamente bien" dice Guth.
Pero los cosmólogos están activos. Se han propuesto, nombrado y
estudiado alrededor de 50 formas de inflación, incluyendo inflación
doble, triple e híbrida, inflación híbrida inclinada, inflación
hiperextendida e inflación "tibia" "suave", "indiferente" y "natural"
En 1997, Guth contó 3.000 artículos publicados acerca del tema.
A partir de ahí dejó de contar. Guth en particular da crédito a
los cosmólogos, incluyendo a Andrei Linde de Stanford y Paul
Steinhardt, de Princeton, por el refinamiento de la teoría, pero
cada variación conserva los elementos esenciales de la idea genial
de Guth: cierto estado juega el papel del falso vacío y su gravedad
repelente, y cierta degeneración de ese estado lleva a la formación
de materia. Los detalles, cree Guth, saldrán de los laboratorios
universitarios, de los aceleradores de partículas y de las lecturas
de los satélites en el lejano espacio, durante décadas y quizás siglos.
El ultimo punto es que las observaciones de dos equipo de astrónomos
en 1998, muestran que la velocidad de expansión cósmica se está
acelerando y no reduciendo como se habla pensado previamente. Si
estas observaciones son correctas, dice Guth, constituyen una prueba
de que la gravedad puede actuar de forma repelente. De hecho, este
mismo tipo de fuerza repelente que impulso originalmente la inflación,
podría dirigir la aceleración actual del universo. Como la energía y
la masa son equivalentes, esta energía repelente debe ejercer también
gravedad y si hubiera suficiente, preservarla el balance original
masa-gravedad requerido para hacer que el universo sea plano la
teoría de la inflación triunfa de nuevo.
Guth se está dedicando a esa y otras investigaciones cósmicas, pero
a mi, francamente, me preocupa cuánto podrá avanzar. mientras hablamos
en su oficina, el teléfono sonando constantemente, correos electrónicos
urgentes y las cuestiones burocráticas acosan al pobre hombre. Un
estudiante confundido llama a la puerta en busca de una aprobación
para una transferencia. Un compañero profesor de física responde
a una llmada de Guth: La respuesta "correcta" en el trabajo del
estudiante, señala Guth, no es lo suficientemente correcta, y discuten
la cuestión durante un tiempo. Si Alan Guth es el hombre que respondió
la pregunta medular acerca de la existencia humana, el origen del
universo, ni él, ni los que le rodean parecen estar preocupados por
ese hecho.
0 quizás esto no debía sorprender. Los seres humanos hemos evolu-
cionados para sobrevivir en este universo, aunque no necesariamente
para entenderlo. Un falso vacío surgiendo de la nada hacia algo y
tornándose después en un universo, o de acuerdo con algunas variantes
nuevas de la teoría inflacionaria, en una infinidad de universos, es
el tipo de conocimiento difícil de asimilar por el cerebro. Guth
permanece anónimo para el publico general porque su teoría es más
bien inasequible. Grandes secciones de su libro de 1997 "The
Inflationary
Universe" (El universo inflacionario) son de difícil lectura, a pesar
de los grandes esfuerzos que Guth ha hecho para exponer la base física
lo mas claramente posible.
Guth admite que algunos aspectos de su trabajo constituyen un
reto, aun para él. En una de las más fascinantes secciones de
su libro, describe su primer intento, como físico de partículas,
de explicar la inflación a un grupo de astrofísicos. Yo comprendía
muy poco de lo que ellos decían, por lo que no sabia por qué
estábamos en desacuerdo" escribió. Seamos claros. ~Dice Guth
que la cosmología puede desentrañar el misterio final? ~Que la
creación puede ser solo un proceso físico más, que la ciencia
ha convertido en prosaico, como el descubrimiento de que los
gérmenes causan las enfermedades o que la Tierra gira alrededor
del sol?
Guth sonríe juntando la punta de sus dedos. "Quiero ser
cuidadoso con la forma de expresarlo", dice. "Lo que quiero
decir es que nos estamos acercando a un argumento sobre la
creación del universo que es compatible con las leyes de la
física. Esto conlleva la pregunta: ‘,~De dónde vienen esas
leyes?. Hace una pausa y dice "Estamos aun muy lejos de
poder contestar"

[hueznar]

Muy interesante, aunque soy incapaz de comprender como de la nada puede surgir un algo así por las buenas. No lo puedo asimilar sin que exista algún tipo de intermediación previa. No puedo verlo
_________________
ASTRONOMIA