El fin del universo

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¿Seguirá el cosmos dilatándose indefinidamente o se detendrá la expansión algún día? ¿Qué fuerza sería capaz de conseguirlo? Es evidente que la única que podría hacerlo es la gravedad. La expansión del universo, que provoca la fuga de las galaxias, va en contra de la atracción gravitatoria, que trata de mantener todos los cuerpos unidos entre sí.

Si se mira la ecuación cósmica de la relatividad general de Einstein, la cuestión de si la gravedad conseguirá detener la expansión del universo depende de los valores relativos y de los signos de los tres términos de la ecuación. Según cuáles sean, pueden ocurrir tres cosas:

1.    Si dominan los términos negativos, (si la curvatura del universo fuese positiva, o si la constante cosmológica Λ fuese negativa) la atracción frenaría la expansión hasta detenerla e invertirla. Entonces el universo entraría en colapso gravitatorio y el espacio se comprimiría hasta volver a hacerse tan pequeño como en su origen (Big Crunch). Se dice entonces que el universo es cerrado.

2.    Si la curvatura fuese negativa o nula (k≤0) y no hubiese constante cosmológica (Λ=0), la gravedad no conseguirá frenar la expansión y el cosmos seguirá haciéndose cada vez más grande, pero cada vez más despacio. Tendríamos en tal caso un universo abierto.

3.    Por último, si la constante cosmológica es positiva (Λ>0), a partir de cierto momento el universo se expandiría de forma acelerada. Si además no hay curvatura (k=0), tendríamos un universo plano.

Durante los años ochenta algunos cosmólogos preferían que el universo fuese cerrado (véase este artículo), pero todos los intentos de demostrarlo resultaron negativos. En 1998 se detectaron indicios de que la velocidad de expansión del universo se acelera desde hace unos mil millones de años. Este descubrimiento, junto con el análisis detallado de la radiación cósmica de fondo realizado por los satélites COBE, WMAP y Planck, ha llevado al predominio actual del modelo cosmológico estándar, en el que el universo es plano y en expansión acelerada (el caso 3 anterior).

Supongamos que, en efecto, el universo sea plano. Si fuese abierto, el resultado sería aproximadamente el mismo. En esos casos, dentro de cien billones de años (10¹⁴), la materia capaz de construir estrellas se habrá agotado. Las estrellas se habrán convertido en enanas negras, estrellas de neutrones o agujeros negros, y ya no se formará ninguna más. Dentro de un trillón de años (10¹⁸), los choques entre las estrellas y las galaxias habrán dispersado sus componentes por el espacio o los habrán integrado en agujeros negros enormes.

Si los protones acabaran desintegrándose después de 10³⁴ años, como piensan algunos, la materia bariónica sería inestable e iría desapareciendo. Después de un tiempo muy largo (quintillones de años) la materia se habría descompuesto en un agregado de neutrinos, fotones, electrones y positrones. Las dos últimas partículas, si chocaran, se aniquilarían.

Por otra parte, los agujeros negros tampoco son estables. Como señaló Stephen Hawking en 1975, la mecánica cuántica predice que su masa se convierte poco a poco en energía, una parte de la cuál escapa de la atracción gravitatoria en forma de radiaciones. Después de 10¹⁰⁰ años, también los agujeros negros se habrán evaporado. Cuando los electrones y los positrones terminen de destruirse entre sí (quizá dentro de 10¹¹⁶ años), el cosmos quedará ocupado únicamente por fotones y neutrinos, sin contar con la misteriosa materia oscura, de la que no sabemos nada. La temperatura será prácticamente igual al cero absoluto. Todo estará vacío, no habrá materia normal. Esa es la muerte térmica del universo.

Si el cosmos fuese cerrado, la historia sería distinta. Cuando comenzara el colapso, existirían muchos agujeros negros que concentrarían la mayor parte de la materia. A medida que se aproximara el Big Crunch, el universo se haría tan pequeño que los agujeros negros chocarían y se unirían. Tres minutos antes del final, todo el cosmos se convertiría en un agujero negro único. Como no sabemos exactamente qué pasa dentro de un agujero negro, no podemos predecir lo que ocurriría después. Algunos creen que en ese momento el universo rebotaría y volvería a expandirse. Tendríamos en ese caso un cosmos cíclico, en el que después de una contracción vendría una nueva expansión, luego otra contracción, y así sucesivamente. Sin embargo, existen razones teóricas para pensar que los ciclos sucesivos serían amortiguados, por lo que, después de cierto número de ciclos, el universo se volvería abierto o plano y estaríamos en el caso anterior. Entonces el universo no habría durado un tiempo infinito, y la cuestión del principio volvería a plantearse.

Peter Higgs

Veamos otra posibilidad: al descubrirse en 2012 el bosón de Higgs, se ha señalado que su masa y la masa del quark cima se combinan de tal manera que el universo podría no ser estable, por lo que en cualquier momento podría tener lugar un cambio de estado que haga imposible nuestra existencia. En tal caso, el equilibrio del universo podría romperse en cualquier momento, pasando a un estado distinto, seguramente incompatible con la vida. Pero antes de asustarse, recordemos que la teoría del campo de Higgs es una teoría tentativa, que no ha sido confirmada. Además, las masas de esas dos partículas no se conocen con seguridad, por lo que el universo podría ser estable, después de todo. Y si la estabilidad del universo fuese tan crítica como parece a primera vista, tendríamos aquí un nuevo caso de ajuste fino.

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Manuel Alfonseca

Este artículo fue publicado por La Nueva Razón el 30 de abril de 2021.