El futuro del universo

En este texto se describirán algunas de las ideas actuales sobre el futuro de la Tierra, del Sol y del universo.

Vivimos en un universo en expansión, es decir que el espacio está en continua dilatación y todo parece indicar que así será por siempre. Llegará un momento en el que todas las estrellas agotarán su combustible y viviremos en un universo mucho más dilatado y frío.

Nos gustaría conocer aunque sea de manera general nuestro devenir, poder predecir. Por eso son tan exitosos los horóscopos, la lectura de manos y las galletas chinas, pues nos prometen viajes, amor, salud, dinero, felicidad. Incluso los mexicanos contaban con el códice, ahora llamado Borbónico, cuyo propósito era predecir el futuro de los niños.

La Tierra es un sistema cambiante, la tectónica de placas desplaza a los continentes, estos formarán un gran conglomerado dentro de 285 millones de años, por el momento nombrado Amasia; para entonces los humanos seguramente habremos evolucionado en especies nuevas.

Y la predicción indica que dentro de 4,500 millones de años el Sol se convertirá en una inmensa estrella gigante roja, la Tierra se encontrará en su orilla y se fundirá. Gran parte del material de nuestra estrella y el material del extinto globo terrestre avanzarán por el medio interestelar hasta fusionarse con alguna nube de materia interestelar, lo cual probablemente dé origen a un nuevo sistema solar. Así como en el pasado remoto millones de estrellas arrojaron su materia al final de sus vidas y enriquecieron con nuevos elementos, que terminaron en la nube donde se formó el sistema solar.

Más tarde, dentro de 5,000 millones de años, la Vía Láctea se fusionará con la galaxia de Andrómeda, ya que nos acercamos la una a la otra a 110 km/s. Las estrellas están tan alejadas unas de otras que es probable que no colisionen, en cambio el gas de ambas galaxias espirales creará brotes de formación estelar. Los dos conglomerados de cien mil millones de estrellas terminarán siendo una enorme galaxia elíptica.

Poco a poco, todas las cien mil millones de galaxias con cien mil millones de estrellas, se irán apagando cada una, pues agotarán su combustible nuclear. El universo se irá enfriando más y más. Incluso, la predicción establece que los hoyos negros se evaporarán dentro de 10⁷⁰ años (un uno seguido de 70 ceros).

La astrofísica ha diseñado distintas estrategias para conocer la manera en que evolucionan los astros, su meta no es ofrecer soluciones prácticas sino avanzar el conocimiento. La ciencia es consciente de que nunca conocerá una verdad absoluta y que se aprende de los errores.

Entonces, describiremos posibles escenarios sobre el futuro del universo en su conjunto, comenzando por algunas de sus propiedades.

El universo es todo lo que existe, el espacio, el tiempo, la materia y la energía, y está en continua evolución. Se encuentra en un estado de expansión acelerada, cada vez es mayor la velocidad del espacio-tiempo. Si se mide la velocidad a la que se alejan los grupos de galaxias entre sí se logra estimar cuándo inició la expansión cósmica: el resultado es 13,800 millones de años. La radiación también aporta información sobre la dilatación del espacio. Toda la radiación: rayos X, luz visible, ondas de radio, viajan a la velocidad de la luz, 300,000 km/s. Entre más alejados estén los astros, las fuentes que los emiten tardan más tiempo en recorrer la distancia que nos separa de ellos.

Los fotones que surgieron cuando el cosmos tuvo 380,000 años de existencia, que son los más antiguos que logramos detectar, han aumentado de longitud de onda, se conocen como la radiación de fondo. A diferencia de los protones, o los planetas o galaxias, que tienen cohesión interna, los fotones, las partículas de radiación, se dilatan a la par del espacio-tiempo. Así, la luz visible que emitieron los fotones de la radiación de fondo ahora son de microondas; se crearon cuando los átomos ionizados de hidrógeno y helio del universo temprano capturaron sus electrones.

Por cierto, el telescopio espacial James Webb se diseñó para observar luz infrarroja, pues observa cómo se formaron las primeras galaxias que generaron radiación ultravioleta, pero están tan lejos y su luz se ha dilatado tanto, que cuando llega al telescopio es infrarroja.

Por cierto, también: las estrellas más antiguas tienen una edad de 13,200 millones de años, menor que la del cosmos; lo cual indica coherencia con la estimación de la edad cósmica: 13,800 millones de años.

Para analizar el universo a gran escala se estudia la distribución de los cúmulos de galaxias; estos se ubican en filamentos conocidos como la telaraña cósmica. Esta es isotrópica y homogénea, es decir, a distancias enormes el cosmos es muy similar en cualquier dirección y cualquier época. La radiación de fondo también es homogénea e isótropa, o sea que no somos el centro del universo. Como mencionamos antes, conforme observamos objetos más remotos vemos el pasado, ya que la luz de los astros tarda cierto tiempo en llegar hasta nuestros detectores. Por consiguiente, a mayor distancia esté un astro lo vemos como fue en épocas más remotas. Por lo tanto, observando galaxias a distintas distancias podemos analizar su evolución. Esto nos permite conocer el pasado cósmico.

Dentro de 4500 millones de años la Tierra se transformará en una nebulosa planetaria: el antiguo núcleo rodeado de una envolvente en expansión. (ESA)

Una característica notable de la expansión del espacio a nivel cosmológico es que se dilata de manera acelerada, las galaxias se alejan unas de otras cada vez más rápido. Se ha invocado la existencia de energía oscura para explicar esta aceleración: esta constituye el 70% de lo que existe en el universo.

Haré un pequeño paréntesis que presenta tres conceptos para que se comprendan mejor las ideas vertidas en este texto.

Es difícil de definir. Sin embargo lo sabemos medir empleando fenómenos repetitivos. El calendario proviene de la astronomía: los días y las noches, las fases de la Luna que son la base para medir meses, o la sucesión de las estaciones, en el año, como en México, la repetición anual de la época de lluvias y de secas. Las estrellas que se observan por la noche a lo largo de las estaciones son distintas, así que se convirtieron en un gran calendario astral. Los relojes marcan periodos –tiempos iguales–: tic-tac, tic-tac; sin embargo, son inexactos. Por esta razón, hasta hace muy poco se continuaba midiendo el tiempo con frecuencias más precisas de otros astros, como los pulsares, estrellas compactas con auroras que al girar varias veces por segundo emiten ondas de radio con intervalos precisos que los convierten en relojes espléndidos. Ahora la astronomía dejó de ocuparse de brindar la hora universal, pues se emplea la frecuencia de las oscilaciones entre átomos enlazados.

La evolución del universo se mide observando el aumento del desorden: la palabra técnica es entropía. Nosotros para vivir aumentamos el desorden de lo que nos rodea. Conforme pasa el tiempo, la energía del cosmos se degrada. Por ejemplo, los fotones que se crean en el interior de las estrellas con capacidad de mantenerlas incandescentes, son rayos gamma. En cambio, los fotones que radian al espacio que podemos observar o que logran llegar a las plantas para producir azúcar se han degradado a luz visible. Cuando consumimos azúcar la usamos para movernos, pensar, y terminamos radiando energía, es infrarroja, la detectamos como calor, no la pueden emplear las plantas para generar azúcar. Conforme evoluciona el universo la energía se degrada cada vez más, aumenta la entropía, algún día todas las estrellas se apagarán. Aunado a esto la expansión del universo disminuye aun más la energía de los fotones que lo atraviesen.

La física es la manera elegante de explicar las leyes de la naturaleza. Se ha desarrollado la física predictiva, como la que descubrió Newton, o la que desarrollaron los mayas para predecir los eclipses del futuro, observando los movimientos aparentes de las órbitas del Sol y de la Luna y estimando cuándo se cruzarían. Es la física que usan intuitivamente los futbolistas para meter un gol, o los astrónomos modernos para determinar cuándo ocurrirán los eclipses de los próximos siglos. Esta física predictible es la que nos hace saber que el universo comenzó su expansión hace 13,800 millones de años y continuará por siempre.

Existe otra física, que no se ha podido unificar con la anterior, la de las partículas elementales. Es una física probabilística. Si lanzamos cien mil monedas al aire no podremos predecir con certeza cuántas se detendrán con el águila en la parte superior. Tampoco podemos predecir cuándo ni qué tipo de partículas ni de energía generará el vacío, ni cuándo ni cómo surgirá un universo paralelo.

Uno se podría preguntar: ¿por qué existe el universo?¿De dónde vino? La primera pregunta no tiene respuesta, pues la razón última para explicar por qué existe algo, por ejemplo el cosmos o «la creación», no tiene respuesta. Sin embargo, todo parece indicar que la ciencia puede determinar de dónde surgió el universo; tiene que ver con el vacío. Imaginemos un contenedor libre de átomos, a pesar de estar libre de materia siempre estaría repleto de energía fluctuante. Los distintos campos, fuerzas, de la naturaleza ocupan el vacío: la gravedad, el electromagnetismo, las fuerzas débiles y fuertes y demás componentes del mundo de la mecánica cuántica. Las fluctuaciones del vacío pueden crear partículas, como las de Higgs, de allí su apodo, partículas de Dios, porque surgieron de la nada; pero el vacío también puede crear prodigios mayores como un nuevo cosmos, único, con propiedades inimaginables. Pues precisamente nuestro universo surgió del vacío. De estas fluctuaciones, que pueden ser minúsculas y crear partículas elementales o de tal magnitud que engendran universos.

Si la expansión del universo se frenara, el cosmos podría implotar, es decir, que toda la materia se volviera a integrar, en un solo punto, una singularidad. Esto no parece ser el caso, pudo haber sucedido en el pasado remoto, es decir que vivimos en un cosmos oscilante que se expandió y se comprimió un número indeterminado de ocasiones hasta llegar al presente donde el espacio-tiempo no dejará de dilatarse.

Si su expansión continuara de forma constante, después de billones de años el universo sería frío, con estrellas moribundas, y si hubiese civilizaciones en algún planeta no podrían ver más que una fracción minúscula del cosmos, pues la radiación de los astros más distantes no llegaría debido a la expansión incesante.

Dentro de 5,000 millones de años nuestra galaxia se fusionará con la de Andrómeda. (NASA)

Todo parece indicar que nuestro universo se acelerará por siempre. En este caso, dentro de trillones de milenios podría surgir un «gran rompimiento» o «inmensa fractura» del espacio-tiempo. Si aumenta la aceleración, la fuerza de gravedad no será capaz de mantener unidos los cúmulos de galaxias. De incrementarse la aceleración incluso los sistemas solares como el nuestro se desmembrarían y eventualmente los átomos y las partículas que los constituyen se fragmentarían.

Existe otro escenario para el futuro del universo: que se creara una burbuja de vacío verdadero. (Como mencionamos antes, el vacío que conocemos, el falso vacío, está repleto de energía, se conoce como el campo de Higgs; podría haber un vacío libre de materia y energía). Si una burbuja de vacío verdadero se creara esta aumentaría de tamaño a la velocidad de la luz y terminaría destruyendo absolutamente todo.

Desde luego que el vacío es capaz de generar una serie de universos paralelos, en otras dimensiones y con distintas propiedades y leyes de la física.

El estudio de la cosmología y de las grandes mentes que descubren la naturaleza del cosmos no dejan de sorprendernos. Los científicos sabemos que no existen verdades absolutas, que no solo evoluciona el universo en su conjunto sino también las herramientas con las que cuentan los científicos para comprender a la naturaleza, y por lo tanto las ideas que engendran. Por lo tanto siempre estaremos en búsqueda de explicaciones novedosas para comprender el origen y la evolución del universo.