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Jordi Pereyra

Jordi Pereyra Marí (Ibiza, 1990). Graduado en Ingeniería Mecánica por la Universidad Politécnica de Catalunya e interesado en… Bueno, en cualquier tema que le ayude a entender mejor el mundo en el que vivimos. En 2013 empezó Ciencia de Sofá con la intención de despertar el interés por la ciencia entre el público que está menos familiarizado con ella, usando el humor y un lenguaje cercano, una fórmula que lo ha colocado entre los blogs de ciencia en castellano más populares.

¿Cómo sería el universo si las leyes de la física fueran distintas?

by Jordi Pereyra

Después de más de un mes sin pisar Youtube, por fin os traigo un vídeo en el que respondo a una pregunta que tenía ganas de abordar desde hace tiempo: ¿Y si las leyes físicas que rigen la realidad fueran diferentes? ¿Cómo afectarían al universo estos cambios?

El tema daría para mucho rato, pero, como el tiempo es limitado, en el vídeo de hoy explico cuál sería el efecto de un cambio en la intensidad de las cuatro fuerzas fundamentales sobre el universo (la gravedad, el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil).

¡Espero que os guste!

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Respuestas cortas (II): ¿Por qué el mercurio es líquido (a temperatura ambiente)?

by Jordi Pereyra

De entre todos los metales, el mercurio es uno de los más llamativos porque es capaz de permanecer en estado líquido a temperatura ambiente. Una muestra de la fascinación que ha despertado este metal líquido a lo largo de la historia es el caso del emperador chino Qin Shi Huang, que consumía con frecuencia brebajes que contenían mercurio porque creía que este elemento guardaba la clave de la inmortalidad. Pero, en un giro inesperado del destino, al final lo único que descubrió fue la clave para morir intoxicado por mercurio a los 49 años.

Pero, aunque está claro que este elemento no nos hará vivir para siempre, el mercurio sigue siendo un elemento muy interesante porque, mientras la mayor parte de los metales necesitan temperaturas de cientos o miles de grados para convertirse en líquidos, el mercurio se funde a -39ºC. Como resultado, el mercurio es uno de los pocos metales que podemos encontrar en estado líquido en nuestro día a día.

Bueno, habla por ti, porque no sabes si alguien está leyendo esto en invierno desde algún sitio como Oymyakon, Rusia. Creo que ahí el mercurio pasa más tiempo en estado sólido que en estado líquido.

Correcto, voz cursiva, gracias por el dato. En cualquier caso, la entrada de hoy va a ser bastante completa porque, para entender por qué el mercurio se funde a temperaturas tan bajas, tendremos que hablar del concepto de temperatura, de los enlaces químicos y de la teoría de la relatividad especial.

Así que pongámonos manos a la obra.

En primer lugar, como ya comenté en esta otra entrada en la que hablaba sobre la temperatura más alta posible, la temperatura de un objeto no es más que un reflejo de lo rápido que se mueven los átomos o las moléculas que lo componen. Dicho de otra manera, cuando un objeto está muy caliente, significa que sus átomos están vibrando muy deprisa. Si el objeto está frío, sus átomos se estarán moviendo más despacio.

Por otro lado, cuando los electrones de dos átomos interaccionan, pueden unirse formando enlaces químicos. Cuando esos enlaces son muy fuertes, los átomos quedan unidos formando una estructura rígida o, lo que es lo mismo, lo que en el mundo macroscópico llamamos un sólido. En cambio, si las fuerzas que mantienen los átomos unidos son muy débiles, no serán capaces de formar ninguna estructura y simplemente quedarán desperdigados unos junto a otros de cualquier manera, moviéndose de un lado a otro cuando algo los perturbe… Y eso es precisamente un líquido (hablaba con más detalle de todo esto en esta otra entrada o en este vídeo).

De hecho, si unimos estos dos conceptos, podremos entender por qué unas sustancias se funden a una temperatura distinta que otras.

A medida que la temperatura de un material sólido aumenta, la vibración de sus moléculas se vuelve cada vez más rápida hasta que llega un momento en el que se vuelve tan violenta que los enlaces químicos no pueden soportarlo más y la estructura rígida se desmorona. Cuando esto ocurre, los átomos terminan desperdigados sin ningún orden y la sustancia habrá pasado de encontrarse en estado sólido a ser un líquido.

La temperatura a la que se funde una sustancia o, lo que es lo mismo, la velocidad a la que tienen que vibrar sus átomos para que su estructura se desmorone, depende de lo fuertes que sean sus enlaces químicos. Por ejemplo, el tungsteno se funde a 3.422ºC porque sus átomos están unidos por enlaces muy fuertes que pueden soportar una vibración muy intensa. En cambio, los enlaces que unen los átomos de otros metales son más débiles, como es el caso del plomo, que se funde a sólo 327ºC.

Pero, de entre todos los metales, los átomos de mercurio son los que se enlazan entre ellos con menos fuerza, y ese es precisamente el motivo por el que el mercurio se funde a -39ºC: sus enlaces son tan flojos que una vibración muy leve (una temperatura muy baja) basta para que su estructura se desmorone. De ahí que, a temperatura ambiente, los átomos de mercurio no puedan formar una estructura rígida y permanezcan en estado líquido.

Vale, te compro el concepto, los enlaces entre los átomos de mercurio son muy débiles. Pero eso aún no responde del todo a la pregunta de hoy: ¿qué es lo que hace que los enlaces del mercurio sean tan débiles?

Tienes razón, voz cursiva. Para entender por qué los enlaces del mercurio son tan débiles y, por tanto, por qué se funde a una temperatura tan baja, habrá que hablar un poco de la teoría de la relatividad.

En las últimas entradas (aquí, aquí y aquí) he estado dando bastante la turra con el concepto de masa y, en concreto, en este artículo vimos que, debido a los efectos de la teoría de la relatividad, la masa de los objetos aumenta con la velocidad. El concepto es algo más complejo de lo que esta frase sugiere, pero, en resumidas cuentas, cuando algo se mueve a un fracción considerable de la velocidad de la luz, su energía cinética aumenta y ese aumento de energía se ve reflejado en la masa (o inercia) del objeto.

Y, curiosamente, eso es justo lo que hace que el mercurio sea líquido.

Ya hemos visto otras veces que los átomos poseen un núcleo que contiene protones (con carga positiva) y que está rodeado de electrones (con carga negativa). Por otro lado, cada elemento de la tabla periódica contiene un número distinto de protones en su núcleo: el hidrógeno tiene 1, el helio 2… Y así hasta el oganesón, el último elemento que se ha descubierto, que tendría 118 (aunque este elemento no existe en la naturaleza y sólo se han producido unos pocos átomos de manera artificial).

A medida que avanzamos por la tabla periódica, la cantidad de protones que hay en el núcleo de los átomos va en aumento y, por tanto, la fuerza con la que atraen a los electrones que los rodean se vuelve cada vez mayor. Como resultado, llega un momento en el que los electrones que rodean los núcleos de los elementos más pesados tienen que moverse muy deprisa para mantenerse en órbita a su alrededor.

De hecho, en el caso del mercurio, los electrones que orbitan más cerca del núcleo se tienen que mover al 58% de la velocidad de la luz para no precipitarse contra él. A esta velocidad tremenda, los efectos relativistas se manifiestan y la masa de los electrones aumenta un 23% respecto a su masa en reposo. Estos electrones ligeramente más masivos se ven atraídos con más fuerza por el núcleo del átomo y se ven obligados a orbitar más cerca de él de lo normal, una contracción que se extiende por el resto de las órbitas, haciendo que todas se encojan.

Y, ahora sí, esa es la causa fundamental de que el mercurio sea líquido a temperatura ambiente: como las órbitas de los electrones están contraídas, éstos se ven atraídos con más fuerza hacia el núcleo de su propio átomo que hacia los electrones de sus átomos de mercurio vecinos, así que no pueden formar enlaces con ellos.

Por tanto, la única que fuerza que atrae los átomos de mercurio entre ellos su atracción electrostática, un efecto muy débil que sólo es capaz de agruparlos en estructura sólida cuando están muy quietos o, lo que es lo mismo, cuando se encuentran a una temperatura muy baja. A temperatura ambiente, esta fuerza sólo los atrae con la intensidad suficiente como para mantenerlos cerca unos de otros, formando una masa desordenada de átomos… O un líquido, vaya.

Qué curioso, ¿y qué pasaría si estos efectos relativistas no existieran?

Pues, según las simulaciones, que el mercurio se fundiría a unos 66ºC, en lugar de a -39ºC.

ACTUALIZACIÓN (ya que ha surgido una duda recurrente): Aún me queda una duda. Si todo esto es cierto: ¿entonces por qué no todos los elementos pesados son líquidos a temperatura ambiente? Por ejemplo, los átomos de oro contienen más protones en su núcleo que los de mercurio, así que deberían estar aún más contraídos y el oro se debería fundir a una temperatura aún más baja. Pero, en cambio, su temperatura de fusión ronda los 1.000ºC. ¿Cómo se explica eso?

Muy buena observación, voz cursiva.

Una cosa que no he mencionado en la entrada (aunque debería haberlo visto venir) es que, además de la contracción relativista, hay otros factores que determinan tanto la fuerza con la que se enlazan los átomos como su punto de fusión.

Por ejemplo, el factor que más afecta al comportamiento químico de un elemento es el número de electrones que tienen sus átomos en su órbita más externa, que, al fin y al cabo, son los que están disponibles para interaccionar y enlazarse con otros átomos. Como los átomos siempre tienden a tener el mismo número de electrones que de protones y, además, cada elemento contiene una cantidad de protones distinta, eso significa que cada metal pesado poseerá un número de electrones diferente en su órbita más externa y, por tanto, que el comportamiento químico exacto de cada uno será un poco distinto, independientemente de si sus átomos están más o menos contraídos.

En el caso de la comparación entre el mercurio y el oro, los átomos de mercurio tienen más dificultad para unirse entre ellos porque sus subcapas más externas están llenas de electrones, así que no pueden compartirlos y enlazarse. En cambio, los átomos de oro no tienen este problema y pueden compartir sus electrones sueltos con facilidad, formando enlaces más fuertes.

De nuevo, el tema es mucho más complejo y cada elemento tiene sus particularidades. En este post de Stack Exchange tenéis una lista de varios factores más que influyen en este fenómeno .

 

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Respuestas cortas (I): ¿Por qué la luz no tiene masa, si tiene energía?

by Jordi Pereyra

Hace poco estuve hablando sobre el concepto de masa y, en resumidas cuentas, en la entrada llegaba a la conclusión de que la masa no es más que una manifestación de los diferentes tipos de energía que componen un objeto. Dicho de otra manera, en el nivel más fundamental, las cosas están compuestas por distintos tipos de energía y la masa es un concepto que simplemente cuantifica la resistencia al movimiento que ofrece un montón de energía concreto… O su inercia, vaya.

Pero, después de leer la entrada, a algunos lectores les surgió una duda: si, por un lado, la masa es un reflejo de la cantidad de energía que contiene un objeto y, por el otro, la luz tiene energía… Entonces, ¿por qué la luz no tiene masa? 

Por tanto, quería aprovechar esta pregunta para inaugurar una nueva sección de artículos más cortos (con los que pretendo actualizar el blog más a menudo) y, de paso, aclarar la confusión.

En primer lugar, aunque es cierto que la luz tiene energía, las partículas que la componen, los fotones, no tienen masa en reposo.

Ya empezamos con los términos raros innecesarios…

Para nada, voz cursiva, la masa en reposo es precisamente la magnitud a la que nos referimos cuando hablamos de masa. Dicho de otra manera, la masa en reposo de un objeto es un reflejo de la energía que tiene asociada cuando está quieto, por el mero hecho de existir y de estar compuesto por una cantidad determinada de materia. Esta energía proviene tanto de la energía cinética de las partículas que contiene como de su interacción con el llamado campo de Higgs, y se manifiesta dándole inercia y, por tanto, masa, al objeto.

Pero, claro, los fotones no interaccionan con el campo de Higgs ni tampoco pueden estar en reposo, porque siempre se desplazan a la velocidad de la luz, así que la luz no tiene ningún tipo de masa en reposo… Y, como son dos conceptos equivalentes, por eso se dice que la luz no tiene masa.

Ahora bien, eso no significa que la luz no pueda tener energía. Para saber de dónde viene la energía de la luz, tendremos que fijarnos en la ecuación completa de Einstein que vimos en esta otra entrada:

Como podéis ver, la energía total de un objeto es la suma de otros dos tipos de energía distintos: su energía en reposo (que está asociada a su masa en reposo) y su energía cinética, derivada de su movimiento.

Hablemos ahora de este segundo tipo de energía.

Como ya vimos en esta otra entrada, la masa de un objeto aumenta con la velocidad, en el sentido de que, cuanto más deprisa se mueve, más aumenta su inercia y más cuesta acelerarlo hasta una velocidad aún mayor. Esto ocurre porque el momento del objeto crece a medida que acelera (el momento no es más que el producto de su masa en reposo multiplicado por la velocidad a la que se desplaza) y, a su vez, como se puede ver en el último término de la ecuación anterior, ese incremento del momento provoca un aumento de la energía cinética. Por tanto, a medida que un objeto gana velocidad, también aumenta su energía y, por tanto, su inercia (o su masa).

A esa inercia asociada al movimiento de un objeto se le suele llamar masa relativista. Pero, ojo, que este término puede dar lugar a confusiones: aunque contenga la palabra «masa», no representa ningún tipo de masa «real». En realidad, la masa relativista no es una propiedad intrínseca de un objeto, como la masa en reposo, sino que sólo refleja cuánto cambia su inercia en función de la velocidad a la que se desplaza.

Además, este aumento de masa debido a la velocidad no es perceptible en nuestra vida diaria porque sólo se manifiesta a velocidades cercanas a la de la luz (300.000 km/s). Por tanto, en nuestro día a día tan sólo experimentamos la masa en reposo de los objetos que nos rodean… Que es otro de los motivos por los que a la masa en reposo le llamamos simplemente masa.

Pero, ojo, porque, aunque la luz no tenga masa (en reposo), sí que tiene cierto momento que le otorga energía cinética. Por tanto, aunque la luz no reciba ninguna aportación de energía de su masa en reposo, sí que tiene una energía cinética asociada a su movimiento.

¡Pero si acabas de decir que la luz no tiene masa en reposo! ¿Entonces cómo va a tener momento, que precisamente es el producto de la masa en reposo por la velocidad?

Buen apunte, voz cursiva. A diferencia de otras partículas, el momento de la luz no depende de su masa y de su velocidad, sino de su frecuencia y de la llamada constante de Planck. Multiplicando estos dos parámetros por la velocidad de la luz, obtenemos la energía cinética de un rayo de luz… O, simplemente, su energía, porque es la única que tiene.

O sea, que, en resumidas cuentas, la energía de la luz proviene de su momento (y viceversa), no de su masa. Y, de hecho, esa energía derivada de su momento le da una ligera inercia a la luz (aunque no esté asociada a ninguna masa en reposo), lo que explica por qué es capaz de ejercer un empuje minúsculo sobre las cosas.

Espero que esta breve entrada haya resuelto la duda.

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¿Existía algo antes del Big Bang?

by Jordi Pereyra

La evolución del universo es un tema muy interesante porque se vuelve cada vez más extraña y poco intuitiva a medida que nos remontamos hacia el pasado más lejano. Pero, si algo he aprendido de las charlas que doy de vez en cuando es que, cuando se habla sobre la teoría del Big Bang, hay una pregunta concreta que en seguida le viene a todo el mundo a la cabeza: ¿qué había antes de que el universo empezara, antes de que tuviera lugar esa «Gran Explosión»?

Creo que la pregunta tiene ramificaciones interesantes, así que demos comienzo a la entrada de hoy poniendo algo de contexto al asunto (para variar).

Ya he comentado otras veces que observar objetos muy distantes equivale a ver cómo era el universo en el pasado. Las estrellas más cercanas se encuentran decenas, cientos o miles de años luz de distancia, así que las vemos tal y como eran hace decenas, cientos o miles de años. Por ejemplo, la estrella Eta Carinae podría reventar hoy mismo en forma de supernova, pero, al estar a unos 7.000 años luz de la Tierra, tardaríamos unos 7.000 años en enterarnos.

Pero las galaxias más lejanas que se han descubierto se encuentran a miles de millones de años luz de distancia. Como resultado, desde nuestro punto de vista, las observamos tal y como eran hace miles de millones de años, cuando el universo  aún era muy joven. Un ejemplo es la galaxia GN-z11, una de las más lejanas conocidas, que aparece en el cielo con el aspecto que tenía sólo 400 millones de años después de que tuviera lugar el Big Bang (que, recordemos, ocurrió hace unos 13.800 millones de años).

Imagen del churro GN-z11. (Fuente)

Vale, entonces, si construimos un telescopio lo bastante potente, a lo lejos veremos cosas cada vez más antiguas hasta llegar al momento preciso en el que tuvo lugar el Big Bang, ¿no?

Por desgracia, las cosas no son tan sencillas, voz cursiva, porque existe una «barrera» que no sólo nos impide observar el inicio del universo, sino también sus primeros 380.000 años de vida.

Cuando nos adentramos en las profundidades del cielo, llega un momento en el que lo único que ves, mires donde mires, es una señal de microondas muy débil y muy uniforme: la radiación de fondo de microondas. La siguiente imagen es un mapa en el que aparece la distribución de esta radiación por todo el cielo, pero tened en cuenta que esto es un mapa en dos dimensiones que representa la «cara interior» del volumen esférico (y, por tanto, tridimensional) al que llamamos universo observable (un concepto del que hablaba en esta entrada, por cierto).

(Fuente)

Esta radiación lejana y antigua fue emitida unos 380.000 años después de que ocurriera el Big Bang, cuando el universo se volvió transparente. Hasta aquel momento, la materia había estado tan apiñada y la temperatura era tan alta que cualquier rayo de luz se veía absorbido rápidamente por algún átomo ionizado poco después de ser emitido. Como resultado, el universo fue completamente opaco durante los primeros 380.000 años de su existencia, así que hasta nuestros días no ha llegado ningún tipo de radiación electromagnética que fuera emitida durante aquella época y, por tanto, no tenemos información observacional directa de este periodo.

Aun así, existe una método que podría permitirnos ver más allá de esta barrera: al contrario que la luz, las ondas gravitacionales (de las que hablé en esta entrada) pudieron haber atravesado el amasijo de materia del universo primigenio sin problemas, así que se espera que su detección pueda proporcionar más información sobre esta etapa del cosmos. Eso sí, de momento, la detección de este tipo concreto de ondas gravitacionales queda fuera de nuestro alcance tecnológico, por lo que, de momento, seguimos sin poder observar de manera directa qué ocurrió durante la infancia más tierna del universo.

¡Espera un momento! Entonces, si no podemos observar directamente qué estaba pasando en esta época, ¿cómo saben los astrónomos en qué estado se encontraba el universo por aquel entonces? ¿No se estarán sacando teorías de la manga?

Para nada, voz cursiva, la reconstrucción de lo que ocurrió durante los primeros años del universo está basada en fenómenos bien estudiados y comprobados de manera experimental.

Por ejemplo, los colisionadores de partículas permiten reproducir las temperaturas extremas que reinaban en el universo en aquella época e investigar cómo se comporta la materia en esas condiciones (hablaba de esas temperaturas en esta entrada). Por otro lado, se pueden modelar los años posteriores al Big Bang utilizando las leyes de la física, simular la evolución del universo y ver si los resultados predichos encajan con la realidad que observamos hoy en día. Y, de momento, estos modelos predicen correctamente muchas propiedades actuales del universo, como la evolución de la abundancia de los elementos químicos o la distribución de las galaxias.  De hecho, el fondo de radiación de microondas fue descubierto después de que se predijera su existencia, lo que es una prueba más del poder predictivo de la física actual.

Las leyes de la física nos permiten «ver» más allá de la barrera del fondo cósmico de microondas y remontarnos aún más en el pasado. Gracias a ellas sabemos que, cuanto más retrocedemos en el tiempo, más comprimido estaba el universo y mayor era su temperatura, llegando a épocas en las que las condiciones eran tan extremas que no existían los núcleos atómicos, las partículas fundamentales o incluso las cuatro fuerzas fundamentales que rigen el universo (guiño, guiño).

Pero, por desgracia, incluso las leyes de la física tienen un límite: aunque se pueden utilizar para predecir qué ocurría hasta la primera septillonésima de segundo de vida del universo, cuando se intenta predecir en qué estado se encontraba en el momento justo en el que ocurrió el Big Bang, los modelos teóricos fallan estrepitosamente. Y fallan porque la densidad del universo se vuelve infinita y los conceptos de espacio y tiempo se pierden en el mismísimo instante anterior al Big Bang. De ahí que se diga que el universo nació a partir de una singularidad inicial, una región que no se puede definir con las leyes de la física actuales.

O sea, que me estás intentando decir que, como nadie sabe qué ocurrió en el momento anterior al Big Bang, se sabe aún menos de lo que existía antes, así en general, ¿no?

Más o menos, voz cursiva. De momento, «qué había antes del Big Bang» o «dónde se encontraba esa singularidad inicial» parecen preguntas sin respuesta, porque las leyes de la física no nos pueden proporcionar esa información y tampoco podemos obtenerla a través de observaciones. Por tanto, el consenso actual es que el Big Bang no sólo produjo toda la materia que nos rodea, sino también el propio espacio y el tiempo, así que no habría existido un «antes» del Big Bang… Porque el espacio y el tiempo ni siquiera existían, por raro que pueda sonar.

Aun así, el terreno de un hipotético universo «pre-Big Bang» está abierto a la especulación. Ojo, que la palabra especulación es importante en este contexto porque, aunque existen hipótesis que intentan describir cómo era el universo antes del Big Bang, de momento no hay ninguna manera de comprobar si se ajustan a la realidad o no, así que no se puede demostrar si son correctas o incorrectas.

Teniendo esto en cuenta, aunque de momento sean incomprobables, se han propuesto ideas interesantes que podrían ayudar a mejorar los modelos actuales en un futuro.

Por ejemplo, una de las propuestas es que el tiempo ya existiera antes de que tuviera lugar el Big Bang, al contrario de lo que sugiere el consenso actual. Según los autores de esta idea, la existencia de una época «pre-Big Bang» ayudaría a explicar un detalle en concreto  sobre la historia del universo que al modelo más aceptado, el de la inflación, le cuesta un poco.

Me explico.

Si volvéis a mirar la imagen del fondo de microondas que he puesto más arriba, veréis que cada región del universo está pintada con un color distinto. Estos colores representan la intensidad de la señal de microondas que se detecta en cada punto del cielo (en rojo es más intensa y en azul lo es menos). A su vez, la intensidad de esta señal es un reflejo de la cantidad de materia/energía que había en cada una de estas regiones cuando el universo se volvió transparente, así que la radiación de fondo nos dice cómo estaba distribuida la materia por el espacio en aquella época.

Pero resulta que las diferencias que aparecen en ese mapa se han exagerado muchísimo para que se puedan observar mejor. En realidad, la diferencia entre las variaciones más altas y más bajas de la intensidad de la señal rondan la milésima de grado (se suele hablar de esta radiación en términos de temperatura), así que, en realidad, la radiación de fondo de microondas es extremadamente uniforme.

De hecho, cuando fue captada por los primeros telescopios de microondas, la radiación de fondo tenía esta pinta:

(Fuente)

Por tanto, esta señal que es tan uniforme por todo el cielo es un reflejo de que, cuando el universo se volvió transparente, la distribución de materia y energía que la emitieron era muy homogénea. Esta homogeneidad se puede observar también en la distribución de las galaxias que, a gran escala, están distribuidas por el espacio de manera muy uniforme.

El descubrimiento de esta uniformidad fue un quebradero de cabeza para los astrónomos de la época porque los modelos teóricos no predecían ningún motivo por el que el Big Bang tuviera que producir un universo tan homogéneo desde su inicio. En su lugar, parecía mucho más probable que la energía hubiera aparecido distribuida de manera irregular por el espacio y que, con el tiempo, se hubiera repartido por el universo hasta equilibrarse y volverse uniforme, igual que una masa de agua caliente y una de agua fría alcanzan una temperatura intermedia cuando se mezclan.

Pero, además, la teoría del Big Bang sugería que existían regiones del universo que se habían estado alejando unas de otras a velocidades superiores a las de la luz desde su nacimiento (el espacio se puede expandir a velocidades superiores a las de la luz, como comenté en esta otra entrada). Estas velocidades hubieran imposibilitado el intercambio de energía entre las diferentes regiones del espacio y, por tanto, si el universo no hubiera sido muy homogéneo desde el principio, nunca podría haber alcanzado la uniformidad que observamos hoy en día.

Este problema se puede resolver mediante el modelo de la inflación, la idea de que el universo creció más despacio justo después del Big Bang y que su velocidad de expansión se disparó más adelante de manera repentina. De esta manera, la energía hubiera tenido tiempo de fluir por todo el espacio hasta homogeneizarse durante los primeros instantes de vida del universo, dando lugar a la uniformidad que observamos hoy en día en el cielo.

Pero, aunque la inflación es el modelo más aceptado en la actualidad, tiene sus detractores, y entre las alternativas a la inflación que han propuesto esos detractores está la existencia de la época «pre-Big Bang» que había mencionado: si, al contrario de lo que se piensa, el tiempo sí que hubiera existido antes de que tuviera lugar el Big Bang, entonces algún proceso distinto a las leyes físicas conocidas podría haber «estabilizado» la singularidad inicial, asegurando la producción de un universo que fuera muy uniforme desde el principio.

En la misma línea, se ha planteado otro escenario en el que, antes del Big Bang, el universo existió en un estado comprimido y muy caliente que evolucionó lentamente durante una cantidad de tiempo indeterminada. Según este modelo, el universo habría estado en una situación de equilibrio metaestable en la que cualquier mínima perturbación provocaría que se liberara toda su energía. Cuando esa perturbación ocurrió, el universo caliente, compacto y extremadamente denso se empezó a expandir, produciendo la «explosión» que daría lugar a la realidad que vemos ahora.

Ya, bueno, puedo creerme que existiera el tiempo antes del Big Bang, pero eso sigue sin explicar de dónde salió esa singularidad (o lo que sea) que originó el universo.

Cierto, voz cursiva. Seguimos en el terreno de la especulación, pero también hay alguna idea al respecto.

Existe otro escenario hipotético llamado Big Bounce, la idea de que el universo pasa continuamente por ciclos de contracción y expansión. En este caso, el universo nacería a partir de un Big Bang, crecería hasta alcanzar un tamaño máximo y, a partir de ahí, empezaría a contraerse hasta condensarse otra vez en una singularidad. Esta singularidad volvería a reventar en algún momento, formando un universo completamente nuevo, y el ciclo se volvería a repetir.

Este escenario ha sido descartado porque las mediciones de la geometría del espacio sugieren que el universo se va a seguir expandiendo para siempre, así que, en principio, no se va a contraer nunca. Aun así, Roger Penrose y Vahe Gurzadyan  han propuesto que ciertos patrones concéntricos que se pueden encontrar en el fondo de radiación de microondas podrían ser señales de que existió un universo antes que el nuestro. Según ellos, estos patrones en el fondo de radiación de microondas podrían ser las marcas de las intensas ondas gravitacionales que produjeron los choques entre agujeros súpermasivos en el universo que habría precedido al nuestro.

Curiosamente, otro resultado de esta hipótesis es que, si fuera correcta (que, repito, no es más que especulación) se podría codificar información en la radiación de fondo de microondas para transmitir información entre un universo y el siguiente… Aunque, claro, manipular las trayectorias de agujeros negros súpermasivos para que sus colisiones sigan un patrón determinado puede ser bastante complicado, así que una civilización que quisiera hacer esto tendría que buscar otra manera manipular el fondo cósmico de microondas.

Por otro lado, otra posible «respuesta» a la pregunta de qué había antes del Big Bang son los universos burbuja. En este caso, estamos ante un escenario en el que existe un espacio en continua expansión en cuyo interior nacen nuevos universos constantemente y en el que nuestro propio universo no sería más que una de estas «burbujas» que se expanden en el interior de un universo mayor. Curiosamente, este es un escenario que predice la teoría de la inflación y es uno de los motivos por lo que sus detractores la critican.

(Fuente)

Una vez más, tampoco hay indicios observacionales de que estos multiversos existan, pero, en cualquier caso, estas dos ideas vuelven a pecar de lo mismo que las hipótesis anteriores: aunque, técnicamente, responden a la incógnita de qué podría haber existido antes del Big Bang, siguen sin explicar de dónde salió la singularidad inicial que dio origen a todo.

Bueno, ¿y no podría ser que el universo hubiera existido desde siempre? ¿Que lleve un tiempo infinito repitiendo ciclos de contracción y expansión o que siempre se haya estado expandiendo y generando más universos nuevos, sin que realmente empezara en ningún momento?

Pues parece que no, voz cursiva. El análisis matemático de todos estos modelos sugiere que el universo no ha podido existir desde siempre y que necesariamente debió tener un inicio en algún momento.

Por tanto, resumiendo la respuesta de hoy: hay quién ha propuesto que la singularidad inicial que dio lugar al universo existió durante un tiempo, regida por unas leyes de la física distintas a la que conocemos, pero también se ha sugerido que antes del Big Bang pudo haber existido otro universo que se acababa de contraer o que el principio de nuestro universo tuvo lugar dentro de otro aún mayor.

Pero, aun así, de momento no hay manera de poner a prueba ninguna de estas hipótesis, así que, hasta donde sabemos, la respuesta a la pregunta de hoy es que no sabemos qué había «antes» de que tuviera lugar el Big Bang, porque el espacio y el tiempo aún no existían. Ojo, que eso no significa que nuestro universo surgiera de la nada. Simplemente que no tenemos manera de definir qué estaba pasando antes de que tuviera lugar la «Gran Explosión».

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