¿Qué había antes del Big Bang? Lo que la ciencia sabe del universo

La respuesta más rigurosa sigue teniendo algo de frustrante: no sabemos qué había antes del Big Bang y ni siquiera estamos seguros de que la palabra «antes» tenga sentido cuando retrocedemos hasta el límite donde nació —o cambió radicalmente— el espacio-tiempo. La cosmología puede reconstruir una parte extraordinariamente antigua de nuestra historia, pero existe una frontera tras la cual las ecuaciones conocidas empiezan a perder pie.

Sabemos que el universo observable procede de un estado extremadamente caliente y denso y que lleva aproximadamente 13.800 millones de años expandiéndose y enfriándose. Lo respaldan observaciones muy distintas entre sí, desde la expansión cósmica hasta la radiación de fondo de microondas y la abundancia de los elementos ligeros. Otra cosa, bastante distinta, es afirmar que la ciencia conoce el instante cero o puede describir qué sucedió al otro lado.

Ahí empieza el problema. Y también lo realmente interesante.

El Big Bang no fue una explosión dentro de un espacio vacío

La imagen popular resulta irresistible: una bolita infinitamente pequeña explota en medio de la nada y de ella salen despedidas galaxias, estrellas y planetas. Muy cinematográfico. También bastante engañoso.

El Big Bang no fue una explosión convencional ocurrida en un punto concreto de un espacio previamente existente. El modelo cosmológico describe la expansión del propio espacio. No existe, según este esquema, un centro del universo desde el que toda la materia haya salido disparada como metralla.

Imaginemos la superficie de un globo que se infla. Dos puntos dibujados sobre ella se separan aunque ninguno sea el centro de esa superficie. La comparación tiene límites —nuestro universo no es simplemente la piel de un globo gigantesco—, pero permite entender una idea esencial: es el espacio entre las regiones del cosmos el que se expande.

Cuando los físicos utilizan las ecuaciones de la relatividad general para retroceder cada vez más en esa expansión llegan a temperaturas y densidades enormes. Si la extrapolación clásica se lleva hasta el extremo aparece una singularidad, un punto matemático donde ciertas cantidades divergen y la teoría deja de proporcionar una descripción física satisfactoria.

Eso no significa necesariamente que existiera literalmente un punto de densidad infinita. Puede significar algo bastante más incómodo para nosotros: la teoría que utilizamos deja de funcionar en esas condiciones extremas.

¿Y si antes del universo no existía el tiempo?

Aquí la cuestión empieza a volverse extraña de verdad. Espacio y tiempo no son, en la relatividad de Einstein, dos decorados independientes colocados detrás de los acontecimientos. Forman una estructura común: el espacio-tiempo.

Por eso existe una posibilidad perfectamente seria: que hablar de algo sucedido «antes» del origen del universo sea conceptualmente incorrecto. Si el propio tiempo surge con el cosmos que conocemos, no habría una sucesión de minutos, siglos o eternidades esperando pacientemente antes del Big Bang.

La conocida comparación con preguntar qué hay al norte del Polo Norte intenta expresar precisamente eso. Uno puede seguir viajando hacia el norte hasta alcanzar el polo, pero una vez allí la propia dirección deja de funcionar como antes. No encontramos otro territorio secreto llamado «más norte».

Algo parecido podría ocurrir con el comienzo del tiempo.

Conviene, sin embargo, no convertir esa metáfora en una certeza científica. La relatividad general es una teoría clásica y sabemos que, en condiciones extremas, debería integrarse de algún modo con la física cuántica. Todavía carecemos de una teoría de gravedad cuántica confirmada experimentalmente capaz de describir con seguridad ese territorio.

Decir simplemente que «el tiempo comenzó con el Big Bang» es, por eso, más rotundo de lo que permiten las pruebas. Puede haber ocurrido así. También podría existir una estructura física anterior que nuestra teoría actual todavía no sabe describir.

La frontera del tiempo de Planck

Existe una escala especialmente incómoda: el llamado tiempo de Planck, aproximadamente 10^-43 segundos. Es una fracción de segundo tan diminuta que escribir todos sus ceros resulta casi más pedagógico que intentar imaginarla.

Al aproximarnos a ese régimen, los efectos de la gravedad y la mecánica cuántica deberían entrelazarse. Precisamente ahí chocan nuestras dos grandes herramientas para describir la naturaleza: la relatividad general funciona magníficamente con estrellas, galaxias y gravedad; la mecánica cuántica, con partículas y fenómenos microscópicos. Juntas, en las condiciones extremas del universo primordial, todavía no forman una teoría completa y comprobada.

El cosmos, por desgracia, no dejó acta notarial de su nacimiento.

La inflación pudo ocurrir antes del Big Bang caliente

Hay otro matiz que suele perderse cuando hablamos del Big Bang como si fuese un único fogonazo. En la cosmología moderna se distingue a menudo entre la fase caliente que tradicionalmente llamamos Big Bang y una hipotética etapa inmediatamente anterior conocida como inflación cósmica.

Durante esa fase, el universo habría experimentado una expansión extraordinariamente rápida durante una fracción minúscula de segundo. La inflación permite explicar por qué regiones enormemente alejadas presentan propiedades muy similares y por qué el universo aparece tan homogéneo y geométricamente próximo a ser plano a gran escala.

La idea encaja bien con numerosos rasgos observados del cosmos, aunque no conocemos el mecanismo físico definitivo que produjo la inflación. Tampoco sabemos qué ocurrió antes de ella.

Y aquí el problema simplemente retrocede una casilla. Si el Big Bang caliente estuvo precedido por inflación, podemos interrogarnos sobre aquello que precedió a la inflación. El misterio no desaparece; cambia de domicilio.

Un universo anterior que se contrajo

Otra familia de modelos abandona la idea de un comienzo absoluto. La llamada cosmología cuántica de bucles, entre otras aproximaciones, ha explorado escenarios donde la singularidad inicial puede sustituirse por un rebote.

En lugar de aparecer de la nada, nuestro universo en expansión habría estado precedido por otro estado cósmico que se contraía. Al alcanzar densidades extremas, determinados efectos cuánticos de la geometría impedirían el colapso infinito y provocarían un Big Bounce, un gran rebote.

La imagen resulta poderosa: expansión, contracción, rebote. Incluso podría sugerir universos anteriores al nuestro.

Pero una ecuación posible no equivale a una fotografía del pasado. Estas cosmologías con rebote continúan siendo un terreno activo de investigación y no existe evidencia observacional concluyente de que nuestro universo naciera de un cosmos anterior.

Ese apellido —concluyente— importa mucho.

Hawking y un universo que no necesita un «antes»

Stephen Hawking y James Hartle propusieron en los años 80 una de las respuestas más célebres al problema: la denominada propuesta sin frontera.

Simplificando bastante, el universo podría describirse cuánticamente mediante una geometría que no presenta una frontera inicial ordinaria. Cerca de lo que llamaríamos origen, la distinción habitual entre espacio y tiempo cambiaría de naturaleza. No habría necesariamente un instante anterior esperando detrás del primero, del mismo modo que una superficie esférica puede ser finita sin tener un borde físico donde alguien haya colocado un cartel de «hasta aquí».

La propuesta continúa siendo objeto de investigación y debate. No constituye una solución demostrada ni una respuesta definitiva al nacimiento del universo, pero ofrece otra manera de pensar el problema sin obligarnos a imaginar un reloj funcionando eternamente antes del cosmos.

Tiene, eso sí, una virtud intelectual considerable: muestra que un universo finito en el pasado no tiene por qué necesitar un borde temporal convencional.

Ni siquiera «nada» significa necesariamente nada

También conviene desconfiar de una palabra aparentemente sencilla: nada.

Cuando algunos modelos de cosmología cuántica hablan coloquialmente de un universo surgido «de la nada», esa nada no siempre coincide con la nada filosófica absoluta. Puede implicar leyes cuánticas, estados físicos o geometrías posibles. El lenguaje cotidiano empieza aquí a quedarse pequeño.

Una habitación vacía tampoco es «nada» para un físico: contiene espacio, campos cuánticos y unas leyes que permiten que ocurran cosas. Trasladar esa confusión al nacimiento del cosmos produce titulares estupendos y discusiones bastante peores.

La cuestión de por qué existe algo en lugar de nada termina rozando inevitablemente la filosofía. La física puede estudiar cómo evolucionó determinado estado del universo; explicar por qué existen las propias leyes capaces de permitir ese estado es otro nivel del problema.

Lo que realmente podemos observar del universo primitivo

Nuestra mirada tampoco alcanza físicamente hasta el Big Bang. La luz más antigua que podemos observar directamente es la radiación cósmica de fondo de microondas, liberada cuando el universo tenía unos 380.000 años y se enfrió lo suficiente para que la radiación pudiera viajar libremente.

Ese resplandor fósil cubre todo el cielo. Sus pequeñísimas irregularidades han podido medirse con enorme precisión y contienen información sobre las semillas de las grandes estructuras cósmicas de las que posteriormente surgieron galaxias, cúmulos y enormes vacíos.

Podemos reconstruir etapas todavía anteriores utilizando física de partículas, modelos cosmológicos y huellas indirectas. Pero cuanto más nos aproximamos al supuesto origen, mayor es la dependencia de teorías difíciles de comprobar directamente.

Por eso conviene separar varias afirmaciones que con frecuencia aparecen mezcladas. Que el universo estuvo en un estado muy caliente y denso cuenta con una evidencia extraordinariamente sólida. Que la inflación ocurrió exactamente de una determinada manera sigue dejando preguntas abiertas. Que existió otro universo, un multiverso o una época previa al Big Bang es una posibilidad teórica, no un hecho establecido.

La diferencia entre esas tres cosas es enorme.

El borde donde empieza nuestra ignorancia

No existe una respuesta científica demostrada sobre qué había antes del universo. Puede que hubiese una fase inflacionaria, un cosmos anterior que rebotó, una realidad cuántica sin tiempo convencional o alguna estructura física que todavía no hemos imaginado. También es posible que «antes» sea simplemente una palabra inaplicable en ese límite.

La ciencia conoce muchísimo sobre la evolución cósmica posterior. Tanto que podemos observar un tenue resplandor generado cuando el universo apenas había recorrido una fracción diminuta de su historia y utilizarlo para reconstruir cómo terminaron apareciendo galaxias separadas por miles de millones de años luz.

Pero el origen último permanece abierto.

Y quizá esa sea la parte menos espectacular y más fascinante del asunto. Después de siglos midiendo estrellas, formulando ecuaciones y enviando telescopios al espacio, hemos conseguido acercarnos extraordinariamente al principio. No hemos atravesado todavía esa frontera. Entre el primer capítulo que la física puede reconstruir y aquello que pudiera precederlo queda una página casi en blanco, llena de matemáticas, hipótesis y una palabra que la ciencia seria no debería avergonzarse de utilizar: desconocido.