Antes de empezar: una nota para quien lee

Al final de una jornada de trabajo, muchos salimos un momento a la calle. Quizá caminamos hacia la parada del autobús, sacamos la basura o esperamos a que empiece un turno. A veces, sin proponérnoslo, miramos hacia arriba. Ahí está la Luna, o una sola estrella brillante, o, en una noche afortunada, todo un cielo lleno de ellas. Y a veces, en ese momento tranquilo, vuelve a nosotros una vieja pregunta: ¿de dónde salió todo esto?

Este libro intenta responder a esa pregunta con calma, una noche cada vez. Cuenta la historia de cómo empezó el universo, tal como se entiende hoy: cómo fue en otro tiempo extremadamente caliente y denso, cómo lleva unos 13 800 millones de años expandiéndose y enfriándose, cómo se formaron los primeros átomos, las primeras estrellas y las primeras galaxias y cómo, mucho más tarde, llegaron a existir el Sol, la Tierra y los átomos de nuestro propio cuerpo. También cuenta, más brevemente, cómo se llegaron a saber estas cosas. Muchos de los grandes descubrimientos los hicieron personas en su trabajo: una mujer a la que pagaban por medir estrellas en placas de vidrio, dos ingenieros que intentaban eliminar un ruido de una antena, un profesor de física que desarrollaba sus ideas con lápiz y papel.

La historia se cuenta a lo largo de quince noches, y cada capítulo es una noche. Cada capítulo empieza con una jornada de trabajo de Noor, una astronauta que pasa seis meses en una estación espacial muy por encima de la Tierra. Su trabajo está lleno de horarios, listas de comprobación, pequeñas reparaciones y largas horas, como muchos trabajos en tierra. Algo de su día lleva a una pregunta, y esa pregunta lleva a la historia de la noche. Antes de dormir, Noor envía un breve mensaje a su hermano menor, Sami, que conduce un camión de reparto por la noche y lee sus mensajes en el descanso. Noor, Sami y la tripulación de la estación son personas imaginarias, y la estación no es real, pero la vida que llevan se parece mucho a la vida de los astronautas reales.

Cada capítulo termina con algunos malentendidos frecuentes: cosas que mucha gente cree sobre el universo, o sobre la vida en el espacio, y que no son del todo correctas. No están ahí para que nadie se sienta tonto. Casi todo el mundo ha creído alguna de ellas en algún momento, incluidos muchos científicos antes de que se conocieran los hechos. Mirar de cerca un malentendido suele ser la forma más fácil de entender lo que de verdad es cierto.

Cómo leer estas noches

No necesitas ninguna formación científica para leer este libro. Cada palabra nueva se explica la primera vez que aparece, y las explicaciones usan cosas corrientes: el pan que sube en el horno, una sirena que pasa, un vaso de agua, un turno largo que termina al amanecer. Si alguna parte te parece difícil, puedes seguir leyendo sin problema. A menudo, la noche siguiente lo aclarará.

Un capítulo se lee en unos veinte minutos, y los capítulos están pensados para leerse en orden, uno cada noche, como una serie de cuentos para dormir para adultos. Las primeras noches reúnen las pistas, y las noches posteriores las usan. Pero no hay ninguna prisa. Si lees dos capítulos un fin de semana tranquilo y ninguno durante una semana de mucho trabajo, el universo te esperará. Lleva esperando muchísimo tiempo.

Las cifras de este libro están redondeadas, y casi todas llevan la palabra «unos» o «alrededor de». Los astrónomos miden muchas cosas con gran precisión, pero para una historia contada de noche, una cifra redonda es más fácil de llevar. Cuando algo todavía no se sabe, el libro lo dice con claridad. Hay todavía muchísimas cosas sobre el comienzo del universo que nadie entiende, y algunas de las preguntas más interesantes siguen abiertas.

Por último, quizá disfrutes mirando hacia arriba de vez en cuando mientras lees. No necesitas un telescopio ni una montaña oscura. Basta con una ventana, una puerta o un paseo corto después del trabajo. La luz que ves esas noches forma parte de la misma historia que cuenta este libro.

Ahora, la primera jornada de trabajo en la estación está a punto de terminar. Noor está cansada, nota la cabeza extraña en la ingravidez, y las estrellas van apareciendo al otro lado de la ventana. Acompañémosla en la primera noche.

Capítulo 1: Una pregunta en la oscuridad

Noche 1: La primera noche en el saco de dormir

El primer día de trabajo de Noor en la estación espacial empezó muy temprano, mucho antes de llegar a la estación. Se despertó en una pequeña habitación en tierra, desayunó con calma, se puso el traje de vuelo y subió con sus compañeros a la cápsula situada en lo alto de un cohete muy alto. Unas horas después de que se encendieran los motores, la cápsula se acopló a la estación, se abrieron las escotillas y quienes ya vivían allí recibieron a la nueva tripulación con caras cansadas y felices.

El resto del día estuvo lleno de tareas pequeñas y cuidadosas. Noor aprendió dónde se guardaba el equipo de emergencia. Practicó el camino hasta su cabina de dormir, tirando de sí misma por los pasamanos, porque sus pies ya no tenían ningún uso para el suelo. Deshizo una bolsa con ropa, un cepillo de dientes y un cuaderno, y sujetó cada objeto, porque todo lo que quedaba suelto en el aire acababa alejándose flotando. Al llegar la tarde sentía la cabeza llena y pesada, como suele ocurrir en las primeras horas de ingravidez, y las manos un poco torpes. Tomás, el comandante, le dijo que era normal. Ade, el científico, contó que en su primera tarde había perdido tres bolígrafos en diez minutos.

Al final del día, Noor fue a la pequeña sala redonda de la ventana grande. La ventana está hecha de varios cristales gruesos, y a través de ella podía ver la curva de la Tierra deslizándose. Océano azul, nubes blancas y, después, la fina línea brillante del aire en el borde del planeta. Mientras miraba, la estación entró en el lado nocturno de la Tierra. El suelo se oscureció y, por encima, el cielo se llenó de estrellas.

En el lado oscuro del planeta veía las luces de los pueblos esparcidas como azúcar derramado sobre la tierra y, a lo lejos, el parpadeo blanco de una tormenta dentro de las nubes. Menos de una hora después, una fina línea naranja y azul apareció en el borde de la Tierra, y el Sol volvió a salir. Tomás llegó flotando a su lado y le dijo que a partir de entonces vería unos dieciséis amaneceres y dieciséis atardeceres cada veinticuatro horas. La estación sigue un solo reloj acordado con los equipos de tierra, le explicó, para que la tripulación pueda dormir, comer y trabajar con un horario regular, aunque el Sol salga cada hora y media.

Más tarde, metida en su saco de dormir, que está sujeto a la pared de una cabina del tamaño de un armario estrecho, Noor leyó un mensaje de su hermano menor. Sami conduce un camión de reparto por la noche. Lee sus mensajes en el descanso, hacia las tres de la madrugada, aparcado junto a una carretera tranquila. Su mensaje era breve: «Me alegro de que hayas llegado bien. Te dejo una pregunta, ya que estás más cerca del cielo que cualquiera de nosotros. ¿Cómo empezó todo? Todo, quiero decir. El universo entero».

Noor sonrió en la oscuridad. Era una pregunta muy grande para una cabina muy pequeña. Pero tenía en mente quince noches, repartidas a lo largo de sus seis meses en la estación, y decidió responderla despacio, con una historia cada noche. Este libro sigue esas noches. Si quieres, puedes leerlo de la misma manera: un capítulo cada noche, después de tu propia jornada de trabajo.

La pregunta más antigua

La pregunta de Sami es quizá la más antigua que se ha hecho la humanidad. Mucho antes de que existieran los telescopios, mucho antes de que existiera la escritura, la gente miraba el cielo nocturno y se preguntaba de dónde había salido. Casi todas las culturas que conocemos han contado historias sobre el comienzo del mundo. Algunas empezaban con agua, otras con un huevo, otras con oscuridad, otras con un gran silencio. Esas historias se contaban alrededor del fuego, al final de largas jornadas de trabajo en el campo y en el mar, y las contaban personas tan curiosas como nosotros.

Aquellas historias cumplían muchas funciones importantes. Daban a las personas una idea de su lugar en el mundo. Explicaban las estaciones y las estrellas de una forma que un niño podía recordar. Llevaban valores de una generación a la siguiente. La ciencia no intenta sustituir ese tipo de sentido. Se hace una pregunta más concreta: ¿qué podemos aprender sobre el comienzo mirando con atención el propio universo, midiendo lo que vemos y comprobando nuestras ideas una y otra vez?

Durante la mayor parte de la historia humana, esa pregunta más concreta no podía plantearse de verdad. Se podía observar el Sol, la Luna y los planetas con mucho cuidado, y muchas culturas hicieron calendarios excelentes a partir de lo que veían. Pero para estudiar el comienzo de todo el universo, los astrónomos necesitaban dos cosas que no existieron hasta hace aproximadamente un siglo: telescopios lo bastante grandes para ver galaxias muy lejanas y una teoría de la gravedad lo bastante potente para describir el universo en su conjunto. Esa teoría, la teoría general de la relatividad de Albert Einstein, apareció en 1915. Los grandes telescopios llegaron más o menos al mismo tiempo. Solo entonces la vieja pregunta pudo convertirse en una pregunta científica.

Esa pregunta más concreta ha resultado ser muy poderosa. En los últimos cien años, más o menos, los astrónomos han aprendido más sobre el universo primitivo que en todos los siglos anteriores. Lo hicieron poco a poco, con un trabajo paciente. Muchos de los descubrimientos de este libro los hicieron personas que simplemente estaban haciendo su trabajo: medir estrellas en placas fotográficas, eliminar un ruido en una antena, revisar números a altas horas de la noche. Sus jornadas de trabajo, sumadas, formaron una historia que ninguno de ellos habría podido contar por sí solo.

Es también una historia con huecos. Algunas partes se conocen muy bien y se han comprobado de muchas maneras distintas. Otras siguen abiertas, y los científicos discuten sobre ellas. En estas quince noches intentaré dejar claro qué es cada cosa. Cuando algo se sepa, lo diré. Cuando algo todavía no se sepa, también lo diré. No saber no es un fracaso. Es simplemente el lugar donde empieza la siguiente jornada de trabajo.

La respuesta corta

Antes de la historia larga, aquí está la respuesta corta, la que cabe en el reverso de una tarjeta. Hace unos 13 800 millones de años, el universo estaba extremadamente caliente y era extremadamente denso. Todo lo que hoy está repartido por el cielo, cada estrella y cada galaxia, estaba apretado en un estado más caliente que el centro de cualquier estrella. Desde entonces, el universo se ha ido expandiendo y enfriando. Al enfriarse se formaron las primeras partículas, luego los primeros átomos, después las primeras estrellas y galaxias y, mucho más tarde, el Sol, la Tierra y nosotros.

Esa es la idea principal. Todo lo demás en este libro la va completando. La cifra de 13 800 millones de años es tan grande que cuesta sentirla. Una forma de empezar es compararla con una vida humana. Si vivieras ochenta años, la edad del universo equivaldría a más de ciento setenta millones de vidas como la tuya. Otra forma, que usaremos la última noche, es comprimir toda la historia en una sola jornada de trabajo y ver qué ocurre a cada hora.

A menudo oirás que a este estado temprano y caliente se le llama Big Bang. Es un nombre famoso, y lo usaremos en este libro, pero es solo un nombre. No significa que hubiera un estallido ruidoso, ni que algo explotara dentro de una habitación vacía. Una noche más adelante conoceremos al hombre que le dio ese nombre, y veremos que él mismo no creía en la idea. Por ahora basta con recordar que el Big Bang significa el universo temprano, caliente y denso, y su expansión.

¿Por qué un universo que se expande debería también enfriarse? Puede que hayas sentido la respuesta en tus propias manos. Cuando usas un espray durante un rato, el bote se enfría, porque el gas de dentro se expande al salir. Cuando un gas se comprime, se calienta; por eso una bomba de bicicleta se pone caliente en la parte de abajo después de bombear con fuerza. El universo sigue la misma regla a una escala enorme. A medida que el espacio se ha estirado durante miles de millones de años, todo lo que contiene se ha ido repartiendo y enfriando, desde un calor muy superior a cualquier cosa de la Tierra hasta el frío profundo del espacio actual.

La respuesta corta también deja fuera algo importante. No nos dice qué causó el comienzo, ni si hubo algo antes. Esas preguntas están entre las que siguen abiertas. La ciencia del universo primitivo describe lo que ocurrió después del primer instante, y lo describe muy bien. Sobre el primer instante en sí, los científicos dicen con honestidad que todavía no lo saben.

¿Cómo puede alguien saberlo?

La siguiente pregunta de Sami llegó a la noche siguiente, y era una buena pregunta: «¿Cómo puede alguien saber lo que pasó hace miles de millones de años? Nadie estaba allí». Es la pregunta que debería hacerse toda persona cuidadosa. No podemos viajar atrás en el tiempo ni volver a poner en marcha el universo en un laboratorio. Entonces, ¿cómo saben los astrónomos algo sobre su comienzo?

La respuesta es que el pasado ha dejado pistas, igual que las pistas que lee una mecánica cuando un camión entra en el taller. Una buena mecánica puede mirar unos frenos gastados, un arañazo en la pintura y el barro en los pasos de rueda y contarte muchas cosas sobre dónde ha estado el camión, aunque ella no iba en la cabina. Los astrónomos hacen algo parecido con el universo. Miran lo que hay ahora y se preguntan qué historia lo habría producido.

Hay tres pistas principales, y las próximas noches contarán cada una por turno. La primera pista es que las galaxias, las enormes familias de estrellas que llenan el universo, se están separando unas de otras. Si ahora se separan, en el pasado tuvieron que estar más juntas. La segunda pista es un débil resplandor de luz que llega desde todas las direcciones del cielo, la luz más antigua que existe, que quedó de una época en que todo el universo estaba caliente y brillaba. La tercera pista es la mezcla de los tipos de átomos más ligeros, el hidrógeno y el helio, que se encuentran justo en las cantidades que habría producido un universo temprano y caliente.

Cualquiera de estas pistas, por sí sola, podría explicarse de otra manera. Lo que convenció a la mayoría de los científicos fue que las tres apuntan a la misma historia y que las mediciones posteriores, hechas con instrumentos cada vez mejores, siguieron coincidiendo con ella. Así funciona gran parte de la ciencia. No es una sola prueba espectacular, sino muchas comprobaciones pacientes que encajan entre sí.

Hay un tipo de comprobación especialmente convincente. Es cuando una idea predice algo que nadie ha visto todavía y, más tarde, alguien lo encuentra. Si una mecánica dice: «Por este desgaste, espero encontrar un tornillo suelto detrás de ese panel», y el tornillo está allí, confías más en ella. En la historia del universo primitivo, esto ha ocurrido más de una vez. La luz más antigua, por ejemplo, se predijo en 1948 y se encontró por casualidad en 1965, como veremos una noche más adelante.

Hay un cuarto ayudante que hace posible todo esto, y es la propia luz. La luz tarda tiempo en viajar. Cuando miramos algo muy lejano, lo vemos como era cuando la luz salió de allí. Eso significa que un telescopio es también una especie de máquina del tiempo, aunque solo puede mirar y nunca visitar. La luz será el tema de la historia de la próxima noche.

Un libro de quince noches

Esta es la forma del viaje que tenemos por delante. En las próximas noches seguiremos a la luz como mensajera y veremos cómo los astrónomos descubrieron que el universo es mucho más grande de lo que nadie había imaginado. Veremos cómo descubrieron que las galaxias se están separando y qué significa pasar esa película hacia atrás. Conoceremos la luz más antigua y aprenderemos qué ocurrió en los primeros minutos, cuando se formaron los átomos más ligeros, e incluso antes, cuando todavía no había ningún átomo.

Después, la historia vuelve a avanzar. Veremos encenderse las primeras estrellas tras una larga oscuridad y cómo crecieron las galaxias. Aprenderemos cómo se formaron dentro de las estrellas los átomos de tu propio cuerpo y cómo nacieron el Sol y la Tierra. Luego nos ocuparemos de las grandes incógnitas: el extraño empuje llamado energía oscura y las preguntas en el mismo borde de lo que podemos ver. La última noche, Noor hará las maletas para el viaje de vuelta a casa, y miraremos toda la historia de una vez.

Cada noche tiene la misma forma sencilla. Primero acompañamos a Noor durante parte de una jornada de trabajo en la estación. Luego viene la historia de la noche. Después volvemos a la estación para unos minutos tranquilos antes de dormir. Al final de cada capítulo hay una breve sección sobre malentendidos frecuentes: ideas que mucha gente tiene, a menudo por buenas razones, y que no son del todo correctas. Despejarlas es una de las formas más amables de aprender.

No necesitas ninguna formación científica para seguir este libro. Cada palabra nueva se explicará la primera vez que aparezca. Si una cifra te parece demasiado grande para imaginarla, no pasa nada. Los astrónomos tampoco pueden imaginar de verdad estas cifras. Las usan con cuidado, las redondean cuando pueden y conservan su capacidad de asombro.

Un mensaje para Sami

La primera respuesta de Noor a su hermano fue breve, porque estaba muy cansada. Escribió: «La versión corta: hace unos 13 800 millones de años, todo estaba caliente y muy apretado, y desde entonces se ha ido extendiendo y enfriando. La versión larga llevará quince noches. Conduce con cuidado».

Antes de que cerrara el mensaje, Ade pasó flotando junto a su cabina camino de la cama y vio el cuaderno en su mano. Cuando ella le habló de la pregunta de Sami, él se rio en voz baja y dijo que era el mejor tipo de pregunta, porque nadie podía responderla en una sola noche. «Puede que quince noches no basten», dijo. «Pero es un buen comienzo».

Luego apagó la pequeña luz de su cabina. Al principio, la ingravidez hace que el sueño sea extraño. No hay almohada que empuje desde abajo ni colchón debajo, y los brazos le flotaban delante hasta que los metió dentro del saco. Fuera, la estación seguía su camino, una vuelta a la Tierra en unos noventa minutos, entrando en el lado de día y saliendo otra vez. En algún lugar muy abajo, hacia las tres de la madrugada, Sami aparcaría su camión, abriría el teléfono y leería sus palabras.

Quizá estés leyendo esto al final de tu propio día largo. Si puedes, sal un minuto antes de acostarte, o asómate a una ventana, y busca una estrella. No necesitas saber su nombre. Solo date cuenta de que su luz ha recorrido un camino muy largo para llegar hasta ti, y de que formas parte del mismo universo que esa estrella, con la misma larga historia detrás. Ahí es donde empieza la historia.

Malentendidos frecuentes

Mucha gente cree que los astronautas flotan porque en el espacio no hay gravedad. Es un error fácil de cometer, porque las imágenes parecen mostrar exactamente eso. Pero a la altura de la estación, a unos 400 kilómetros sobre el suelo, la gravedad de la Tierra sigue teniendo unas nueve décimas partes de la fuerza que tiene en la superficie. Si pudieras construir una torre así de alta y subirte a lo más alto, seguirías notando casi nueve décimas partes de tu peso normal.

La verdadera razón por la que flotan es que la estación y todos los que están dentro están cayendo. Caen todo el tiempo hacia la Tierra. Pero la estación también se mueve de lado muy deprisa, a unos 28 000 kilómetros por hora. Mientras cae, la superficie curva de la Tierra se va alejando por debajo, así que nunca se acerca más. Sigue cayendo alrededor del planeta en lugar de caer sobre él. Como Noor, sus compañeros y cada bolígrafo y cada cepillo de dientes caen juntos al mismo ritmo, nada presiona sobre nada. Esa es la sensación que llamamos ingravidez.

Mucha gente cree también que el Big Bang fue una explosión que ocurrió en un punto del espacio vacío, como un fuego artificial en un cielo oscuro, con todo saliendo despedido desde un centro. Probablemente es el malentendido más frecuente sobre el comienzo del universo. Por lo que sabemos, no había ningún espacio vacío fuera esperando a ser llenado, y no había ningún centro. El estado temprano, caliente y denso estaba en todas partes a la vez, y lo que se ha estado estirando desde entonces es el propio espacio. No es una idea fácil, y volveremos a ella despacio en las noches que vienen.

Por último, algunas personas creen que los científicos afirman saberlo todo sobre el comienzo del universo, y otras creen que no saben casi nada y que solo hacen suposiciones. Ninguna de las dos cosas es cierta. Algunas partes de la historia, como la expansión y la luz más antigua, se miden con gran cuidado y se comprueban de muchas maneras. Otras, como el primer instante y lo que son en realidad la materia oscura y la energía oscura, son honestamente desconocidas. Una buena manera de leer este libro es tener presentes las dos cosas: confianza donde las pruebas son sólidas y una mente abierta donde no lo son. En la próxima noche de este libro empezaremos por la mensajera que nos trae todas estas pruebas: la luz.