LA BOLA DE FUEGO PRIMORDIAL

Volvamos a nuestra búsqueda del origen de la segunda ley de la termodinámica, el cual hemos rastreado hasta la presencia del gas difuso a partir del cual se condensaron las estrellas. ¿Qué es este gas? ¿De dónde procede? En su mayor parte es hidrógeno, pero también hay alrededor de 23% (en masa) de helio y pequeñas cantidades de otros materiales. Según la teoría estándar, este gas fue «escupido» como consecuencia de la explosión que creó el Universo: el big bang. Sin embargo, no fue esa una explosión ordinaria en la que el material se expele a partir de un punto central hacia el espacio preexistente: ¡aquí, el propio espacio es creado en la explosión y no existe, ni existió, punto central!

Quizá sea más fácil visualizar la situación en el caso de curvatura positiva. Consideremos de nuevo la figura VII.11, o el globo inflado de la figura VII.8. No hay «espacio vacío preexistente» en el cual se vacíe la materia producida por la explosión; el mismo espacio, es decir, la «superficie del globo», nace de la explosión. Debemos darnos cuenta de que, si bien en nuestras representaciones para el caso de curvatura positiva hemos utilizado un «espacio circundante» —el espacio euclidiano en el que se encuentra el globo, o el espacio tridimensional en el que se muestra el espacio tiempo, figura VII.11—, éste, el espacio circundante, no tiene una realidad física. El espacio en el interior o el exterior del globo está allí sólo para ayudarnos a visualizar su superficie. Es únicamente la superficie del globo la que representa el espacio físico del Universo. Vemos entonces que no hay punto central del que emane la materia del big bang. El «punto» en el centro del globo no es parte del universo, sino una ayuda para nuestra visualización del modelo, y el material que explotó ¡está distribuido de modo uniforme por todo el espacio del universo!

La situación es la misma (aunque quizá un poco más difícil de visualizar) para los otros dos modelos estándar. El material jamás estuvo concentrado en un punto del espacio: desde el mismo comienzo llenaba uniformemente la totalidad del espacio.

Esta imagen está subyacente en la teoría del big bang caliente conocida como el modelo estándar: el Universo, instantes después de su creación, estaba en un estado térmico extremadamente caliente: la bola de fuego primordial.

Se han realizado cálculos detallados acerca de la naturaleza y proporciones de los constituyentes iniciales, y de cómo cambiaron estos constituyentes a medida que la bola de fuego (que era el Universo entero) se expandía y enfriaba. Puede parecer extraño que se puedan realizar cálculos fiables para describir un estado del Universo tan diferente del actual, pero la física sobre la que se basan estos cálculos no se pone en duda, ¡siempre que no nos preguntemos qué sucedió antes de 10⁻⁴ segundos tras la creación! Desde ese instante: una diezmilésima de segundo después de la creación hasta unos tres minutos más tarde, se ha calculado el comportamiento con gran detalle (cfr. Weinberg, 1977) y, curiosamente, las teorías físicas —derivadas de un conocimiento experimental de un Universo ahora en un estado muy diferente— resultan adecuadas para ello.^[7.13] Estos cálculos implican que —distribuidos de manera uniforme— por todo el Universo, debe haber muchos fotones (es decir, luz), electrones y protones (los dos constituyentes del hidrógeno), algunas partículas α (los núcleos de helio), un número aún menor de deuterones (los núcleos del deuterio, un isótopo pesado del hidrógeno), y trazas de otros tipos de núcleos, con quizá también un gran número de partículas «invisibles», tales como los neutrinos, que apenas dejarían sentir su presencia. Los constituyentes materiales (principalmente protones y electrones) se combinarían para producir el gas (principalmente hidrógeno) a partir del cual se formaron las estrellas… unos 10⁸ años después del big bang.

Las estrellas no se formaron inmediatamente. Tras la expansión y enfriamiento del gas fueron necesarias concentraciones de éste en ciertas regiones para que los efectos gravitatorios locales pudieran superar la expansión global. ¿Cómo se formaron las galaxias y qué irregularidades tuvieron que estar presentes para que fuera posible su formación? No quiero entrar en esta discusión. Aceptemos, empero, que debió estar presente algún tipo de irregularidad en la distribución inicial del gas, y que el tipo correcto de agrupamiento gravitatorio se inició de tal modo que las galaxias pudieron formarse con sus cientos de miles de millones de estrellas constituyentes.