Este próximo 9 de septiembre, en Oslo, tres físicos y cosmólogos recibirán el Premio Kavli otorgado cada dos años por contribuciones trascendentales a la astronomía. Aunque no existe oficialmente un Premio Nobel de astronomía, el Premio Kavli es su equivalente (lo mismo que el Premio Abel en matemáticas, no habiendo tampoco un Premio Nobel asignado a ese campo del conocimiento).

Alan Guth, Andrei Linde y Alexei Starobinsky serán galardonados este 2014 por su trabajo pionero sobre inflación cósmica, entendida como el cortísimo período al inicio de nuestro universo donde éste tuvo una expansión mucho más rápida de lo predicho por la teoría estándar del Big Bang -la teoría de la Gran Explosión-. Muchos años antes de ser identificada con una popular serie de televisión, the Big Bang Theory fue -y sigue siendo hoy- aceptada como el mejor modelo físico con el que contamos para explicar el origen y evolución del universo. Otros esquemas e hipótesis se han propuesto históricamente para entender el universo observable, siendo el modelo del estado estacionario (steady state model), hoy descartado, el más cercano competidor al Big Bang.

El estado estacionario propuesto por Fred Hoyle en los años 40 postulaba básicamente que nuestro universo no tuvo un origen ni tendrá fin, permaneciendo el mismo todo el tiempo…un universo eterno. El modelo del Big Bang propuesto por Georges Lemaitre a finales de los años 20 y retomado por George Gamow en los 40 afirmaba, por otro lado, que el universo tuvo un origen basado en el bien conocido -y confirmado- hecho de que el universo se expande y hace más grande cada día que pasa. Si el universo se expande, debió haber sido más pequeño hace un año; aun más pequeño hace miles de años y del tamaño de un átomo hace casi 14 billones de años. Esto naturalmente llevó a la idea de que el universo nació siendo infinitamente pequeño en una gran explosión (el Big Bang), a partir de la cual empezó a crecer, dando nacimiento a la materia, la energía, y aunque suene increíble, al espacio y al tiempo mismos.

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Una de las evidencias observacionales más fuertes a favor del Big Bang es que la explosión que dio origen al universo dejó un eco, una reverberación que de hecho permea el cosmos y es detectable desde cualquier lugar en él. Esta radiación de fondo cósmico, descubierta radioastronómicamente por Wilson y Penzias en 1964 nos dice la temperatura del universo, actualmente de sólo unos 3 grados por encima del cero absouto. Pero al mismo tiempo que este descubrimiento validaba el Big Bang, presentaba un problema difícil de explicar, conocido como el problema del horizonte.

El problema del horizonte consistía en la imposibilidad de explicar la perfecta uniformidad de la temperatura del universo, que resulta ser la misma en todo lugar y dirección que uno observe a gran escala (no la temperatura de una estrella o en los alrededores de una galaxia o en el centro de un planeta, sino la temperatura global del universo como un todo). De acuerdo al Big Bang y la velocidad de expansión del universo una vez “nacido”, no pudo haber habido tiempo suficiente para que regiones del cosmos diametralmente opuestas entraran en contacto, impidiendo así que éste alcanzara una temperatura uniforme; es decir, la misma en todo lugar. El problema permaneció insoluble hasta que en 1981 un joven físico del MIT, Alan Guth, propuso una solución interesante y relativamente simple que de inmediato captó la atención y convenció a los físicos teóricos más escépticos -aunque no a los astrónomos, inicialmente-.

Guth proponía que poco después del Big Bang y por un corto período de tiempo (llamado el período inflacionario), el universo -cuyo estado era el de un falso vacío–  se expandió exponencialmente, mucho más rápido que lo supuesto.  Este período inflacionario de hiperexpansión permitió que regiones opuestas del universo entraran en contacto y por tanto que la temperatura se homogeneizara y fuera la misma en todo lugar, al mismo tiempo que el cosmos se expandía y enfriaba, resolviendo el problema del horizonte. La inflación refina y completa así la teoría del Big Bang.

Pero la solución iba más allá. La inflación explicaba por qué la curvatura del universo es la observada y justificaba también algunos fenómenos observados a escalas mucho menores, como la aparente ausencia de monopolos magnéticos en la naturaleza. Al parecer, los polos magnéticos que conocemos siempre vienen en pares, no aislados (siempre que partimos en dos un imán ordinario con polos magnéticos norte y sur, obtenemos no un polo norte y un polo sur separados, sino dos imanes más pequeños cada uno con sus respectivos polos norte y sur). Los monopolos magnéticos que se pudieron haber formado hace mucho tiempo, debido a la inflación, se diluyeron tanto en número en el espacio que es prácticamente imposible detectar alguno hoy.

Andrei Linde es famoso por el desarrollo teórico de modelos inflacionarios del universo de uso directo en cosmología. Por su lado, Alexei Starobinsky propuso en los mismos años 80 un modelo inflacionario del universo donde la expansión exponencial está dada por efectos de gravedad cuántica.

En el terreno de la economía de un país, inflación es un término preocupante. En cosmología, es un concepto fundamental que se premia y aplaude en ceremonia oficial.

Este universo es único

Hector Noriega
Héctor Noriega Mendoza
Profesor y Divulgador Científico. en UTEP

Ponente. Investigador.

Maestría en Astronomía (UNAM | NMSU) y Doctor en Astronomía por la Universidad Complutense de Madrid (UCM)

Fundador de la Sociedad Astronómica Juarense, Cofundador del Proyecto Abel, Miembro de la Sociedad Mexicana para la Divulgación de la Ciencia y la Técnica, Miembro de la American Astronomical Society y Profesor de tiempo completo de Astronomía en UTEP.