Capítulo 8: Antes de que hubiera átomos

Noche 84: El simulacro

La alarma del día 84 estaba prevista, pero la tripulación no sabía el minuto exacto. Desde tierra les habían dicho que habría un simulacro de emergencia en algún momento de la tarde. Eso era todo. Noor iba por la mitad de una sesión en la bicicleta de ejercicio cuando el tono sonó por toda la estación, fuerte y constante, seguido de la voz tranquila de Tomás anunciando que se trataba de un simulacro.

Todos sabían qué hacer, porque lo habían practicado muchas veces en tierra. Noor soltó los zapatos de la bicicleta, se impulsó hacia el lugar donde se guardaban las mascarillas de emergencia y se puso una en la cara. Ade ya estaba allí. Tomás leyó en voz alta los primeros pasos del procedimiento de emergencia, y cada uno respondió con su parte. Revisaron las lecturas, cerraron ciertas escotillas en el orden correcto y fueron a los lugares a los que irían en una emergencia real, cerca de la nave que podía llevarlos a casa.

Desde tierra lo observaron y cronometraron todo. Al cabo de una hora más o menos terminó el simulacro, y la tripulación tuvo una breve conversación con tierra sobre lo que había salido bien y lo que podía hacerse más deprisa. Una escotilla había tardado más de lo debido en cerrarse. Una página de la lista de comprobación estaba fuera de orden. Estas pequeñas cosas se anotaron, para poder arreglarlas antes de que llegaran a importar.

Noor siempre había pensado que los simulacros eran una de las partes más corrientes de cualquier trabajo. En la Tierra, las personas de oficinas, fábricas, escuelas y hospitales también practican cómo salir del edificio cuando suena una alarma. Bajan por las escaleras, se reúnen en un aparcamiento o en un patio y esperan mientras alguien las cuenta. Casi siempre parece un poco absurdo. Pero el sentido de un simulacro es que los pasos correctos se vuelvan tan familiares que, en un día malo de verdad, nadie tenga que pensar en ellos.

El simulacro fue un éxito, pero esa noche Noor no podía dormir. No era exactamente miedo. Era la sensación de que su cuerpo se había preparado para algo que nunca llegó. Estaba tumbada en su saco de dormir, sujeto a la pared de su pequeña cabina, escuchando el zumbido de los ventiladores. Su mente volvía una y otra vez, paso a paso, sobre el procedimiento. Y luego, como a su mente le gustaba volver atrás, fue todavía más atrás, más allá del simulacro, más allá del día, hasta las preguntas en las que había estado pensando esas noches.

Sami le había escrito esa tarde. Le había hecho una pregunta que ella no podía responder deprisa: «Si sigues yendo atrás en el tiempo, antes de los primeros minutos, ¿qué encuentras? ¿Y hay un punto en el que ya nadie sabe?». Era una buena pregunta para una noche de insomnio. La respuesta honesta tiene dos partes. Yendo hacia atrás, encontramos un mundo más extraño y más sencillo que ninguno que conozcamos. Y sí, hay un punto en el que nadie sabe.

Ir todavía más atrás

La noche anterior vimos los primeros minutos, cuando los protones y los neutrones se unieron para formar helio. Antes de eso, el universo estaba aún más caliente, y los protones y los neutrones se movían libremente. Esta noche vamos otra vez más atrás. Cuanto más atrás vamos, más caliente y denso se vuelve todo. Y a medida que sube la temperatura, las cosas que normalmente consideramos sólidas y permanentes empiezan a deshacerse.

Esta es una manera de imaginarlo. Piensa en hielo en una cazuela. Cuando lo calientas, se convierte en agua. Si lo calientas más, el agua se convierte en vapor. Las mismas moléculas están ahí, pero se comportan de forma distinta a cada temperatura. Ahora imagina que calientas el vapor muchísimo más de lo que se puede en una cocina. Las moléculas de agua se rompen en átomos de hidrógeno y de oxígeno. Si los calientas más, los electrones se separan de los átomos. Si los calientas todavía más, incluso los núcleos se rompen en protones y neutrones. El universo temprano pasó por todos estos pasos en sentido contrario, de la etapa más caliente a la más fría, a medida que se expandía y se enfriaba.

Así que, si pasamos la película hacia atrás desde los primeros minutos, llegamos a una época en que el universo era una sopa espesa de protones, neutrones y electrones libres y luz, todos moviéndose a velocidades enormes. Aún antes, llegamos a una época en que ni siquiera existían todavía los protones y los neutrones. Están hechos de piezas todavía más pequeñas, llamadas quarks. Un protón es un pequeño grupo de tres quarks, unidos por una fuerza tan intensa que, en el universo actual, nunca se encuentran quarks sueltos.

Los electrones son distintos. Por lo que se ha podido medir, un electrón no está hecho de piezas más pequeñas. Parece ser una de las verdaderas partículas básicas de la naturaleza, igual que los propios quarks. Así que la lista de las piezas más pequeñas de la materia corriente es sorprendentemente corta: dos tipos de quarks, que forman los protones y los neutrones, y el electrón.

Cuando el universo era extremadamente joven, estaba tan caliente que los quarks no estaban encerrados dentro de protones y neutrones. Se movían libremente en una especie de mezcla caliente y densa, junto con las partículas que transmiten entre ellos la fuerza intensa. Después, cuando el universo tenía alrededor de una millonésima de segundo, se había enfriado lo suficiente para que los quarks se agruparan de tres en tres. Se formaron los protones y los neutrones. A partir de entonces, fueron las piezas que usarían los primeros minutos.

Una millonésima de segundo parece no ser nada. Es muchísimo más breve que un parpadeo. Pero en el universo joven ocurrieron muchas cosas en tiempos tan cortos, porque todo pasaba muy deprisa. Los físicos dicen a veces que el universo temprano no debería medirse en segundos corrientes, sino en cuánto se había enfriado. Cada escalón de bajada de temperatura traía un nuevo tipo de orden, a medida que la sopa se iba convirtiendo poco a poco en las piezas de nuestro mundo.

Pequeñas gotas del calor temprano

¿Cómo puede alguien estudiar una época tan breve y tan caliente? Parte de la respuesta es que los científicos pueden recrear gotas diminutas de ella en la Tierra. En unas grandes máquinas llamadas aceleradores de partículas, los centros de átomos pesados se aceleran hasta casi la velocidad de la luz y luego se hacen chocar entre sí. Durante una fracción diminuta de segundo, en un espacio muchísimo más pequeño que una mota de polvo, el choque produce temperaturas como las del universo muy joven.

En esas gotas diminutas, los protones y los neutrones de los átomos que chocan se funden por un momento en sus quarks, y se forma la mezcla caliente. Luego, casi al instante, se enfría y vuelve a convertirse en partículas corrientes, que salen despedidas hacia los detectores que rodean el choque. Estudiando lo que sale, los científicos pueden aprender cómo se comporta esa mezcla caliente. Así, un laboratorio en funcionamiento en la Tierra se convierte en una pequeña ventana a la primera millonésima de segundo.

Estos experimentos han traído sorpresas. Muchos físicos esperaban que la mezcla caliente de quarks se comportara como un gas poco denso. En cambio, se comporta más bien como un líquido, y uno que fluye casi sin ninguna viscosidad, con más suavidad que el agua o que cualquier otro líquido de la Tierra. Esto nos dice algo sobre el universo joven que nadie habría podido adivinar solo pensando. Es un buen recordatorio de por qué importan los experimentos.

Estas máquinas son algunos de los instrumentos más grandes que se han construido nunca. En ellas trabajan miles de ingenieros, técnicos y científicos, por turnos, de día y de noche. Algunos revisan cables. Otros escriben los programas informáticos que ordenan las mediciones. Otros vigilan pantallas toda la noche y piden ayuda cuando algo parece ir mal. Como la estación, estas máquinas funcionan gracias a muchas personas que hacen con cuidado trabajos corrientes, y entre todos esos trabajos llegan hasta el comienzo del tiempo.

Es importante dejar claro lo que esto significa y lo que no. Las máquinas no crean un universo nuevo, y no son peligrosas en ese sentido. Crean, durante un instante diminuto, la misma temperatura que el universo temprano, en un espacio muy pequeño. Como las leyes de la física son las mismas aquí y allí, lo que ocurre en ese pequeño espacio nos dice cómo se comportaba el universo temprano a esa temperatura. Cuanto más atrás intentamos ir, más alta es la temperatura que necesitaríamos, y llega un punto en que es muchísimo más alta de lo que ninguna máquina podría alcanzar jamás.

Hasta la época en que se formaron los protones y los neutrones, e incluso algo antes, los científicos tienen bastante confianza en la historia general, porque las temperaturas de esas épocas pueden comprobarse de este modo. Antes de eso, la historia se vuelve cada vez menos segura. Los físicos siguen teniendo buenas ideas sobre épocas anteriores, y usan las mismas leyes hasta donde esas leyes pueden comprobarse. Pero cuanto más se acercan al mismo comienzo, menos firme se vuelve el suelo.

Las personas que encontraron las partículas espejo

Una de las partes más extrañas de la historia de esta noche es la antimateria. Suena a algo sacado de una película de ciencia ficción, pero es real, y su descubrimiento es un buen ejemplo de cómo funciona a veces la ciencia. Hacia 1930, un físico trabajaba en las ecuaciones que describen cómo se comportan los electrones cuando se mueven muy deprisa. Las ecuaciones parecían decir algo inesperado. Parecían permitir un gemelo del electrón, con el mismo peso pero con la carga eléctrica opuesta.

Al principio, muchos físicos no sabían qué pensar de esto. Quizá era solo una rareza de las matemáticas. Después, en 1932, un joven investigador que fotografiaba las huellas que dejan las partículas que llegan del espacio vio una huella que se curvaba hacia el lado equivocado. Era una partícula como un electrón, pero con carga positiva. El gemelo era real. Se le llamó positrón. Más tarde, los científicos descubrieron que cada tipo de partícula tiene un gemelo especular así. Juntos, estos gemelos se llaman antimateria.

La antimateria no es una historia solo para físicos. Hoy se fabrica en laboratorios, y algunos hospitales la usan cada día de trabajo. En un tipo de exploración médica, el paciente recibe una cantidad pequeña y cuidadosamente controlada de una sustancia especial que emite positrones dentro del cuerpo. Cuando un positrón se encuentra con un electrón corriente, los dos desaparecen y se convierten en un pequeño destello de energía, y la máquina que rodea al paciente detecta ese destello. Los médicos usan estas exploraciones para ver cómo funcionan algunas partes del cuerpo. En algún lugar, esta noche, una enfermera o un técnico del turno de noche quizá esté preparando justo una exploración así.

Ese acto de desaparición es la clave del enigma de esta noche. Cuando una partícula se encuentra con su gemela de antimateria, las dos se desvanecen y solo dejan energía. Y en el universo joven y caliente, las partículas y sus gemelas se estaban creando a partir de energía y destruyendo de nuevo todo el tiempo. Si hubiera habido cantidades exactamente iguales de materia y antimateria, al enfriarse el universo se habrían encontrado y destruido por completo. No habría quedado nada salvo luz. No habría estrellas, ni planetas, ni personas.

Pero algo quedó. Por razones que todavía no entendemos, hubo un excedente muy pequeño de materia, aproximadamente una partícula de más por cada mil millones de parejas. Cuando terminó el gran encuentro, las parejas se habían convertido en luz, y quedó el pequeño excedente. Todo lo que vemos hoy, cada estrella y cada galaxia, está hecho de ese sobrante diminuto. Por qué el universo produjo un poco más de materia que de antimateria es una de las grandes preguntas abiertas de la física. Los científicos buscan una respuesta, pero nadie la sabe todavía.

Donde se detiene la física actual

Ahora llegamos a la segunda parte de la pregunta de Sami. ¿Hay un punto en el que ya nadie sabe? Sí, lo hay. Si seguimos pasando la película hacia atrás, más allá de la primera millonésima de segundo, el universo se vuelve más caliente y más denso sin ningún límite que conozcamos. En algún momento llega a estar tan caliente y a ser tan denso que nuestras dos mejores descripciones de la naturaleza ya no encajan entre sí.

La primera de estas descripciones es la teoría de la gravedad de Einstein, que explica cómo se mueven las cosas grandes, como los planetas, las estrellas y las galaxias, y cómo puede estirarse el propio espacio. La segunda es la teoría que explica el mundo de las cosas muy pequeñas, como los átomos y los quarks, a la que los físicos llaman teoría cuántica. Cada teoría funciona extraordinariamente bien en su propio terreno. Cada una se ha comprobado muchas veces. Pero en el primer instante, cuando todo el universo tenía a la vez distancias extremadamente pequeñas y una carga de energía extremadamente grande, harían falta las dos teorías a la vez. Y nadie ha encontrado todavía la manera de unirlas en una sola teoría que funcione ahí.

Puedes imaginar el problema así. Imagina dos mapas muy buenos. Uno muestra todo un país, con sus montañas y sus ríos, pero no tiene ningún detalle más pequeño que un pueblo. El otro muestra una sola calle, casa por casa, pero nada más allá. Cada mapa es excelente para su propio fin. Pero si necesitas orientarte en un lugar que es a la vez enorme y lleno de detalles diminutos, ninguno de los dos mapas basta por sí solo, y nadie ha dibujado todavía el mapa que los combine.

Así que, en el primer instante, la física actual deja de funcionar. Ese instante es tan breve que no hay ninguna palabra corriente para nombrarlo. Es muchísimo más breve que una millonésima de segundo, más breve que cualquier cosa que un reloj pudiera medir jamás. Lo que ocurrió entonces, y si «entonces» tiene siquiera sentido, no se sabe. Algunos científicos trabajan en teorías nuevas que quizá algún día puedan describirlo. Algunas de sus ideas son interesantes, pero ninguna ha sido confirmada todavía por las pruebas.

Es importante decirlo con claridad, porque a menudo se dice mal. La teoría del Big Bang no describe el primer instante. Describe lo que ocurrió después: cómo un universo joven, caliente y denso se expandió y se enfrió, formó sus primeros elementos, liberó su luz más antigua y más tarde formó estrellas y galaxias. Esa parte de la historia está respaldada por muchos tipos de pruebas. El primer instante en sí, y cualquier pregunta sobre lo que hubo antes, sigue estando más allá de lo que sabemos.

No hay ninguna vergüenza en esto. Un buen mapa es honesto sobre dónde termina. Los antiguos mapas de los marinos dejaban a veces espacios en blanco en los lugares que todavía no habían explorado. Esos espacios en blanco no eran fracasos. Eran invitaciones. Del mismo modo, el espacio en blanco del mismo comienzo del universo es uno de los lugares más interesantes de toda la ciencia, y mucha gente trabaja, con paciencia, para rellenar un poco de él.

Un mensaje para Sami

En algún lugar sobre un océano oscuro, Noor sintió por fin que llegaba el sueño. Antes de dormirse, alcanzó su tableta y escribió a Sami, que a esas horas estaría en su descanso: «Me preguntaste si hay un punto en el que nadie sabe. Lo hay. Cuanto más atrás vas, antes de la primera millonésima de segundo, menos seguras son las cosas, y en el primer instante nadie sabe nada en absoluto. Ni siquiera los mejores científicos. No pasa nada por no saber».

Sami respondió un poco más tarde. Dijo que su encargado tampoco lo sabía todo, pero hacía como que sí, y que le caían mejor los científicos. Noor sonrió en la oscuridad de su cabina. Luego apagó la tableta y dejó que el zumbido de los ventiladores la llevara hasta el sueño.

Algunas noches, después del trabajo, puede que tu mente también siga en marcha, repasando un día que ya ha terminado. Esas noches hay un extraño consuelo en recordar que incluso el universo tiene un comienzo que nadie entiende del todo. No todas las preguntas necesitan una respuesta antes de que amanezca. Algunas preguntas pueden llevarse con suavidad durante toda una vida, y seguir siendo buena compañía.

Malentendidos frecuentes

Mucha gente cree que los científicos saben exactamente qué ocurrió en el «tiempo cero», el primerísimo instante del universo. No lo saben. Como hemos visto esta noche, nuestras mejores teorías dejan de funcionar en el primer instante, y nadie ha encontrado todavía una teoría que funcione ahí. Los científicos pueden describir con confianza lo que ocurrió a partir de una fracción diminuta de segundo, y su confianza aumenta cuanto más tarde es el momento. Pero el primer instante en sí sigue siendo desconocido, y los científicos honestos lo dicen.

Mucha gente cree también que la antimateria es solo un invento de la ciencia ficción. Es real. Los científicos fabrican pequeñas cantidades en laboratorios, partículas de antimateria llegan de forma natural desde el espacio, y algunas exploraciones de hospital la usan cada día. Lo que sí es cierto es que la antimateria es muy rara en el universo actual, porque casi toda se encontró con materia y desapareció hace mucho tiempo. Por eso nunca nos encontramos con antimateria en la vida diaria, y por eso el pequeño excedente de materia es un enigma tan importante.

Por último, mucha gente imagina que «el universo era muy pequeño» significa que era un objeto pequeño, como una bola brillante, situado dentro de un espacio vacío más grande. No es eso lo que quieren decir los científicos. No había ningún espacio exterior en el que el universo pudiera estar. Cuando los científicos dicen que el universo era pequeño, quieren decir que las distancias entre todas las cosas que contenía eran mucho más cortas que hoy, y que todo estaba muy apretado y muy caliente. El universo no se expandió hacia el espacio. Fue el propio espacio el que se estiró. En la próxima noche volveremos a avanzar, hasta una época tranquila y oscura posterior a la luz más antigua, cuando el universo esperaba sus primeras estrellas.