El destino del Universo: ¿muerte térmica, Big Rip o consciencia cósmica?

Ilustración artística de un agujero negro con disco de acreción. Crédito: NASA.

Mediante la conexión de un creciente número de pistas, los cosmólogos se están acercando a la comprensión de cómo será el futuro y el destino último del universo. Y no son buenas noticias. La formación de estrellas cesará y los agujeros negros dominarán el cielo hasta que, por último, se evaporen en la nada. Podría haber un “Big Rip” (“Gran Desgarramiento”, en español) en el horizonte. Pero para aquellos que no les importe esperar otros 10¹⁰⁵⁰ años más o menos, las cosas pueden empezar a mejorar ya que podrían ocurrir algunos extraños sucesos.

Pero antes de considerar acontecimientos aleatorios de un futuro muy lejano, empecemos con lo que sabemos acerca del pasado y el presente.

El pasado

La razón por la que podemos investigar la evolución pasada del universo, es que, en varios aspectos, la astronomía se parece a la arqueología. Dicho de otro modo: cuanto más lejos miramos desde nuestro planeta, más lejos está en el tiempo lo que vemos. Y cuando miramos muy atrás en el tiempo, observamos que las galaxias se encuentran más juntas que lo que están hoy. Aunque es sólo una prueba entre muchas otras, esta observación – junto con la teoría de la relatividad general de Einstein – significa que el universo empezó con un Big Bang y ha estado expandiendose desde entonces.

El presente

A finales del siglo XX, uno de los problemas más insistentes en cosmología moderna era medir la tasa de desaceleración del universo. Dada la cantidad de masa observada en el cosmos, se pensaba que podía ser suficiente para causar una eventual contracción de la expansión.

Sorprendentemente, dos equipos independientes de científicos descubrieron exactamente lo contrario. El universo no estaba disminuyendo su expansión, sino acelerándola. Este profundo descubrimiento ganó el premio Nobel de física en 2011. Sin embargo, comprender las implicaciones de este hecho siguen siendo todo un reto.

Una forma de interpretar la aceleración del universo es que debe existir alguna clase de material (o campo) que impregna el universo y que ejerce una presión negativa (o gravedad repulsiva). Su nombre es “energía oscura”.

Súper cúmulo de Virgo. Crédito: Andrew Z. Colvin.

Esto puede sonar un poco inverosímil, pero se han realizado experimentos independientes para corroborar la aceleración del universo y la existencia de la energía oscura. Desde 2006, estuve trabajando con el WiggleZ Dark Energy Survey – un experimento científico para confirmar de manera independiente la aceleración. No sólo vimos que la aceleración está sucediendo, sino que también proporcionamos pruebas convincentes de que la causa es la energía oscura. Observamos que la energía oscura estaba retrasando el crecimiento de súper cúmulos masivos de galaxias.

Por ello nuestra propuesta fue que la energía oscura es real. Si el concepto de energía oscura y su fuerza de gravedad repulsiva resulta demasiado extraña, entonces una alternativa a considerar es que quizás debe modificarse nuestra teoría de la gravedad. Esto podría lograrse de modo similar a cómo la relatividad supuso un avance respecto a la gravedad de Newton. En cualquier caso, necesitamos nuevas teorías para explicarla.

El futuro

Antes de hablar del futuro remoto, mencionaré otro importante estudio: GAMA, a través del cual descubrimos que el universo está “muriendo” lentamente. O dicho de otra forma: hace tiempo que dejamos atrás la era de máxima formación de estrellas, así que el universo ya está más oscuro que en el pasado.

El futuro más “inmediato” puede predecirse con cierta seguridad. Dentro de cinco mil millones de años, el Sol entrará en la fase de gigante roja. Tristemente, dos mil millones de años más tarde consumirá a la Tierra.

Tras esto, la relativa fuerza de la energía oscura y cómo podría variar a lo largo del tiempo pasa a ser importante. Cuanto más fuerte y rápida sea la fuerza repulsiva de la energía oscura, más probable es que el universo sufra un “desgarramiento” (Big Rip). En otras palabras: el Big Rip es lo que sucede cuando la fuerza repulsiva de la energía oscura es capaz de vencer a la gravitación (y a todo lo demás). Los cuerpos enlazados gravitacionalmente (como nuestro súper cúmulo local, nuestra propia galaxia Vía Láctea, nuestro sistema solar y finalmente nosotros mismos) seremos desgarrados y sólo quedarán (probablemente) solitarios pedazos de vacío.

Los datos del estudio WiggleZ y otros experimentos no descartan el Big Rip, aunque lo sitúan en un futuro excepcionalmente lejano (si es que llega a suceder).

En cierto modo, es más apremiante la muerte térmica del universo. A medida que este sigue expandiéndose, en el futuro no podremos ver galaxias más allá de nuestro grupo local (dentro de 100 millones de años). La formación de estrellas cesará en unos 1-100 billones de años, cuando se acabe el suministro de gas necesario. Todavía quedarán algunas estrellas, pero éstas se quedarán sin combustible en 120 billones de años. A partir de entonces, sólo existirán restos de las antiguas estrellas: agujeros negros, estrellas de neutrones y enanas blancas, por ejemplo. En cien trillones de años (10²⁰), la mayor parte de estos objetos serán tragados por agujeros negros masivos en el centro de las antiguas galaxias.

De este modo, el universo se irá quedando más oscuro y más quieto hasta que ya no suceda casi nada. Lo que ocurrirá a continuación dependerá de la velocidad en que se desintegre la materia del universo. Se cree que los protones, que forman los átomos junto a neutrones y electrones, se desintegran espontáneamente en partículas sub-atómicas si se espera lo suficiente. Se calcula que el tiempo para que toda la materia ordinaria desaparezca es de 10⁴⁰ años. Tras esto, sólo sobrevivirán los agujeros negros. E incluso estos se evaporarán tras unos 10¹⁰⁰ años.

Llegado este punto, el universo será casi un vacío. Las partículas que sobrevivan, como electrones y partículas de luz (fotones), estarán muy separadas entre sí debido a la expansión del universo, y raramente – o nunca – interactuarán. Ésta es la verdadera muerte del universo, conocida como “muerte térmica”.

La idea proviene de la segunda ley de la termodinámica, que afirma que la entropía – una medida del “desorden” o el número de maneras en que un sistema puede estar dispuesto – siempre aumenta con el tiempo. Cualquier sistema, incluyendo el universo, eventualmente evolucionará hacia un estado de máximo desorden – al igual que un terrón de azúcar siempre se disuelve en la taza de café, pero haría falta un tiempo fantásticamente largo para que los granos de azúcar volvieran a formar una estructura de cubo por azar. Cuando toda la energía del cosmos esté uniformemente esparcida, ya no habrá calor o energía libre para alimentar los procesos que consumen energía, como la vida.

Cerebros de Boltzmann y nuevos Big Bangs

¿Un pez? El futuro lejano del universo podría ser bastante extraño. Crédito: AK Rockefeller (Flickr).

Todo lo anterior se puede calificar de deprimente, como mínimo. Así que terminaré este artículo con una nota más positiva, aunque altamente especulativa, inestable y probablemente errónea.

Según las extrañas reglas de la mecánica cuántica, en el vacío pueden aparecer partículas de forma espontánea. Y no es sólo una abstracción matemática: la aparición de partículas de la nada que luego desaparecen de nuevo se ve constantemente en los experimentos de física de partículas. Sin embargo, no hay ninguna razón que impida que las llamadas “fluctuaciones cuánticas” puedan dar lugar a un átomo completo.

Incluso se ha especulado que un “cerebro”, conocido como “cerebro de Boltzmann”, podría crearse en este contexto. ¿El tiempo necesario para ello? Bueno, se ha calculado que sería de 10¹⁰⁵⁰ años.

¿Y un nuevo Big Bang? Eso podría suceder dentro de unos 10¹⁰¹⁰⁵⁶ años.

Autor original: Kevin Pimbblet

Fuente: The Conversation