fán por saber quién es y de dónde viene. La observación de sí mismo y del medio que lo rodea lo acecha permanentemente con preguntas que trata de resolver. Charles Darwin, observando y estudiando el comportamiento de las distintas especies, llegó a pensar que éstas tenían un origen común. Bastante tiempo más tarde, los bioquímicos parecieron darle la razón: descubrieron los ácidos nucleicos y con ello encontraron la ligazón que las unía a todas ellas.

Partiendo desde los seres microscópicos unicelulares (microbios) hasta llegar al Hombre, todos tienen una raíz genética común: el DNA. Se pensó que con la primera molécula de ácido desoxirribonucleico se habría iniciado la vida en el Universo. Desde allí, después de muchas evoluciones y cambios durante miles de millones de años, se fueron diferenciando hasta llegar a constituir el mundo vegetal y animal que hoy conocemos con todas sus variaciones.

El Hombre llegó de esta forma a comprender el proceso dinámico de la evolución y aceptó que él también formaba parte del todo. Más aún, comprendió que el proceso continuaba, que no había terminado. Los cambios no los podía notar, porque como observador vive muy poco tiempo y éstos suceden paulatinamente durante miles de generaciones. Lo que ocurrió antes lo ha podido conocer hurgando en los restos fósiles que ha podido encontrar. Lo que vendrá en el futuro no lo podrá predecir.


Gran explosión

Todo parece tener un origen común y ello también se hace evidente al estudiar los elementos básicos de la materia. La ciencia atómica mostró una secuencia, desde lo más simple a lo más complejo: todos los elementos tienen un núcleo con protones y neutrones, y girando en torno a él un número variable de electrones. El elemento más simple y tal vez el primero que se formó al comienzo del Universo tenía un protón en su núcleo y un electrón en su torno. Desde allí se fue complicando y aumentando el número de protones y electrones hasta llegar a formarse todos los elementos que hoy conocemos. A partir de ellos se formaron las sustancias químicas y, entre ellas, el DNA.

Si todo fuese así, la creación misma debe haber partido de un mismo punto. Durante los últimos años, el Hombre ha querido también entender cómo se formó el Universo y cuándo comenzó todo. Ya sabe que las estrellas del cielo no han estado allí desde siempre y que tampoco han permanecido estáticas. También ellas tienen su ciclo y viven y evolucionan.

Desde 1920, el Hombre supone que el Universo se está expandiendo y creciendo. Si se mira hacia atrás en el tiempo, se advierte su origen como un pequeño punto que creció y se expandió hasta constituir el Universo de hoy. Tal fenómeno se inició con lo que se ha denominado "La Gran Explosión". Hasta se ha calculado cuándo pudo ocurrir: entre 10 y 20 mil millones de años atrás.

Como todas las teorías científicas, la teoría de la Gran Explosión tiene que aún demostrarse. ¿Cómo se puede probar que hubo una gran explosión con mucho calor hace miles de miles de años?. En la misma forma que uno puede probar que hubo fuego reciente en una chimenea. Si vemos aún las brasas incandescentes, podemos pensar que allí hubo fuego. Si ha pasado más tiempo, podemos aun tocar las brasas con nuestras manos y sentir que allí hubo fuego y aún se irradia calor.


Enfriamiento

Un físico nos diría que lo que estamos detectando son las radiaciones emitidas por el carbón, mientras este se va enfriando. El puede señalar que las radiaciones en un comienzo correspondían a lo que llamamos las de luz visible (carbón al rojo). Cuando sólo percibimos el calor con nuestra mano, el físico dirá que aún estamos detectando radiaciones, pero que éstas ahora corresponden al rango visible.

En el caso del Universo, el fuego ocurrió hace aproximadamente 10 a 20 mil millones de años y el carbón entonces ahora está muy frío. Sin embargo, aún se emiten radiaciones, pero ya ni siquiera corresponden a las radiaciones infrarrojas sino que son microondas. En 1966, los físicos Arno Penzias y Robert Wilson de los Laboratorios Bell en New Jersey, EE.UU., detectaron por primera vez esas radiaciones en el Universo y de allí nació la hipótesis de la "Gran Explosión".

Partiendo de tales radiaciones y conociendo el comportamiento de la materia y de las radiaciones, pudieron ir hacia atrás en el tiempo y calcular cuándo se inició todo, lo que se ha llamado la "Gran Explosión" o el "Tiempo Cero". Entre ese "tiempo cero" y los primeros 500 mil años, se inició la formación de los átomos. Sabemos que el átomo está constituido por un núcleo (con carga eléctrica positiva) y por los electrones que se mueven en una órbita a su alrededor (carga negativa).


Inestabilidad

Antes de los 500 mil años, la temperatura del Universo era tan alta que si un electrón se unía a un núcleo para formar un átomo, las otras partículas y la radiación del ambiente tenían tanta energía que fácilmente al chocar unas con otras desplazaban ese electrón. Todo era inestable a tal punto que antes de esos 500 mil años el Universo sólo consistía de núcleos y electrones que nadaban en un mar de radiaciones muy calientes. Sólo cuando la temperatura comenzó a descender, los átomos se hicieron más estables. Atraídos los electrones por la carga eléctrica del núcleo, comenzaron a moverse en una órbita a su alrededor y así se fueron consolidando los átomos. Del mar de partículas disociadas, y cuando el Universo comenzó a enfriarse, aparecieron los átomos neutros hasta llegar a constituir el Universo como hoy día es.

En un comienzo, después de los tres primeros minutos del "tiempo cero", la temperatura del Universo era aun altísima. Setenta veces más alta que la temperatura del núcleo del Sol de hoy día. Sólo cuando se hubo enfriado fue posible que se estabilizaran los primeros átomos. Primero fue el deuterio (un protón y un neutrón), luego el núcleo del tritio (un protón y dos neutrones), más tarde el helio (dos protones y dos neutrones). Esos núcleos se estabilizaron con sus respectivos electrones con cargas opuestas. Los otros elementos más pesados, con más protones y neutrones en sus núcleos, se constituyeron mucho más tarde, cuando ya las galaxias estaban formadas.


Tres minutos de vida

Con los conocimientos actuales se puede afirmar que los constituyentes básicos de la materia no son los protones, neutrones y electrones. Tampoco los núcleos son una colección estática de protones y neutrones, sino que es un complejo dinámico, siempre cambiante, con muchas otras clases de partículas que aún más elementales, que están constantemente naciendo e incluso algunas viven tan sólo un instante como para atravesar de un lado al otro del núcleo y luego ser reabsorbidas. El estudio de estas partículas es del dominio de la Física de Alta Energía, un campo de la ciencia muy nuevo que sólo hemos comenzado a conocer hace algunas décadas.

De acuerdo con la fórmula de Einstein E = mc³, existe una equivalencia entre masa y energía. Cuando hay suficiente energía, aparece la masa de una partícula o un paquete de partículas. Así es posible el paso de energía a masa y pueden crearse las partículas prácticamente de la nada. Este tipo de procesos ha sido posible reproducirlo en los modernos "Aceleradores Gigantes" donde las partículas se aceleran casi a la velocidad de la luz y se les induce a chocar con otras similares. Algo de la energía del movimiento se convierte entonces en masa y nuevas partículas se esparcen apareciendo prácticamente de la nada.

En los primeros minutos del Universo naturalmente no había acelerador, pero mientras más cerca estábamos del punto cero, más alta era la temperatura y más rápidamente se movían las partículas. Esto significa que mientras más nos acercamos al tiempo cero, los choques entre las partículas debieron ser más y más violentos. Mientras nos movemos más atrás en el tiempo, antes de esos tres minutos, seguramente existían una cantidad y variedad enorme de partículas, las mismas que se ha logrado crear en los modernos aceleradores de partículas de hoy día.

Siempre que escudriñamos la naturaleza, aparecen complejidades desconcertantes, pero a poco de profundizar y conocer mejor, nos maravillamos de la simplicidad básica de ellas. Así por ejemplo, a nuestro alrededor hemos ido encontrando miles de millones de cuerpos químicos diferentes, pero después nos damos cuenta de que ellos son la resultante de combinaciones de un número limitado de elementos. Esos elementos a su vez suman el centenar, pero son combinaciones de unas pocas partículas elementales. Así, de nuevo encontramos la simplicidad final.

Entre el tiempo cero y los tres primeros minutos hubo un período en que aún no había núcleos, sino protones, neutrones, leptones y radiaciones que interactuaban entre sí, gobernados por fuerzas fundamentales. Entre el tiempo cero y un segundo, la temperatura alcanzaba a 67.400 millones de grados Celcius. Fue ése un momento muy caliente en que se formaron los cientos de partículas elementales en medio de la energía y los choques. Este fue el instante en que el Universo se llenó de todos estos objetos.

Estos tres primeros minutos fueron fundamentales. Para poderlos entender hay que expresar ese período en forma diferente (un milisegundo se puede expresar por ejemplo como 0,001 segundo. Pero en la medida que nos acercamos al tiempo cero, se hace poco práctico escribir tantos ceros y por eso se escriben en forma exponencial. De acuerdo a esto, un 0,001 segundo, se escribe como 10^-3).

Entre 10^-14 segundos y 10^-6 segundos (entre diez mil y una millonésima de segundo), hubo otro momento de transición: fue el instante en que al enfriarse se formaron los protones y neutrones. Ellos aparecieron cuando al descender la temperatura, fue posible que se agruparan los quarks en grupos de a tres. Antes de este instante, el Universo tenía una temperatura demasiado alta y había mucha energía, lo que impedía que se combinaran los quarks y éstos sólo existían como entidades individuales.

Sin duda que esto representa el punto más conflictivo de la teoría, ya que en opinión de los físicos modernos no ha sido posible encontrar a los quarks en estado libre, aún después de lograr energías de gran magnitud.


Fuerzas unificadas

¿Pero qué fuerzas gobernaban este proceso? ¿Por qué se unían las partículas para formar núcleos y por qué los electrones comenzaban a girar alrededor de él? ¿Qué fuerzas los impulsaban?. Para explicar este proceso hay que describir las cuatro fuerzas fundamentales que hoy, sabemos, mantienen cohesionado el Universo.

En un comienzo sólo se conocieron dos: la fuerza de gravedad y la fuerza electromagnética. Más tarde, a principios de el siglo pasado, cuando se conoció la estructura del núcleo atómico, se hizo evidente que existían otras dos fuerzas. Una, la llamada "fuerza fuerte", que era necesaria para contrabalancear la repulsión electrostática de los protones dentro del núcleo atómico. Otra, la llamada "fuerza débil", que era la responsable del decaimiento radiactivo espontáneo del núcleo. Ambas ejercen su acción en un campo muy pequeño que no va más allá de los núcleos atómicos. Con todo, estas dos fuerzas colaboran también a mantener cohesionado el Universo, ya que toda la materia está compuesta por partículas nucleares.

De las cuatro fuerzas, la de gravedad es la menos poderosa. Un magneto ordinario puede levantar un clavo; a pesar de ello, por otro lado toda la Tierra está ejerciendo la atracción gravitacional. La "fuerza débil", que es mucho mayor que la gravedad, es todavía 1000 veces más débil que la fuerza electromagnética. La "fuerza fuerte" es a su vez 100 veces más fuerte que el electromagnetismo, y ello tiene que ser así para poder mantener los protones juntos al núcleo. Estas cuatro fuerzas gobiernan todas las fuerzas conocidas de interacción de la materia.

En los últimos años, los físicos han comenzado a preguntarse ¿por qué son cuatro fuerzas diferentes?. Mucho más lógico podría ser una sola gran fuerza con diferentes manifestaciones. De allí que ellos han comenzado a buscar interrelaciones entre estas cuatro fuerzas y especialmente mecanismos comunes cómo tales fuerzas se transmiten.

Así, por ejemplo, los electrones se repelen unos a otros, pero ¿cómo lo hacen?. La respuesta que encontraron los físicos a esta interrogante es que intercambian una partícula que lleva la fuerza repulsiva entre ellos. Así, también, en mayo de 1983 se descubrieron las partículas W y Z, que parecen transmitir la "fuerza débil". A su vez la fuerza fuerte está a cargo de los llamados "gluones". Finalmente, se piensa que la fuerza de gravedad se ejercía por partículas hipotéticas, que aún no han sido descubiertas y que ya se denominarían "gravitones".

El descubrimiento reciente de las partículas W prueba que la fuerza electromagnética y la "fuerza débil" están íntimamente relacionadas.

También la "fuera fuerte" estaría relacionada. Ha sugerido lo que se ha llamado "La Gran Teoría Unificada" (G.T.U.). El objetivo último de los físicos es llegar a encontrar la unificación de las cuatro grandes fuerzas, incluyendo la fuerza de gravedad, pero esto último aún no se ha conseguido.

Se piensa que en el primer instante, después de la gran explosión, y cuando el Universo estaba tremendamente caliente, todas estas fuerzas fueron una sola. En la medida que se fue enfriando, las partículas se fueron diferenciando unas de otras ya las fuerzas se hicieron independientes.


¿Cuando cambiaron las fuerzas?

Según la teoría, en un comienzo las fuerzas estaban unificadas. Al enfriarse, y en la medida que se aleja el tiempo cero, el cambio más importante que ocurrió en el Universo fue la diferenciación de las fuerzas más que lo cambios de la materia.

Esto se hace difícil entenderlo desde un punto de vista teórico. Tal vez la analogía nos permita comprenderlo mejor. Imaginemos una superficie en la que haya dos agujeros, pero uno de ellos rodeado por una pequeña cresta. Si tiramos una bolita con una energía dada va a caer sin obstáculo en el primer agujero. Pero si con la misma energía la hacemos rodar hacia el segundo agujero que está rodeado por una cresta, la bolita se va a devolver. Desde el punto de vista físico, podemos concluir que los dos agujeros son diferentes: uno absorbe las bolitas, el otro las rechaza. Supongamos que las dos bolitas las lanzamos con mayor energía, la suficiente como para que la última bolita pase sobre la cresta y caiga también en el segundo hoyo. Ahora podemos decir que ambos agujeros absorben las bolitas y que ninguno las rechaza. En estas condiciones ambos agujeros son iguales. En un comienzo, cerca del tiempo cero, la energía reinante era muy grande y las fuerzas eran iguales. Posteriormente, al disminuir la energía las fuerzas aparecen como diferentes. En el lenguaje de la física teórica, decimos que en el primer momento estas dos fuerzas estuvieron unificadas.

Calculando la energía reinante en el primer momento, puede concluirse que entre el tiempo cero y 10^-10 segundo, la fuerza débil y la fuerza electromagnética eran iguales. Posteriormente se separaron como los conocemos hoy. Es decir, entre 10^-10 segundo y el tiempo cero, las fuerzas de la naturaleza no eran cuatro, sino tres: la gravedad, la "fuerza fuerte" y la unificada electro-fuerza débil.

Si vamos más atrás en el tiempo, entre 10^-35 y 10^-43 segundo, sólo existían dos fuerzas: la fuerza fuerte-electromagnética-débil y la fuerza de gravedad. En este instante en que nacían muchas partículas, aparecieron los monopolos, semejantes a los polos norte y sur del magneto, que se movían libremente. En ese momento existían también las partículas W, y se podían transformar unas de otras, lo que permitía que las fuerzas se unificaran.

Más atrás aún, entre el tiempo cero y 10^-43 segundo, la gravedad también estaba unida a la otra fuerza (fuerte-electromagnética-débil). En otras palabras, cuando la energía era tremendamente alta, las cuatro fuerzas fundamentales eran idénticas en su carácter. En ese momento, todas las partículas fundamentales eran intercambiables. Si todo esto llega a probarse, querría decir que el Universo en un instante de la creación era extraordinariamente simple. Otra vez lo complejo, al estudiarlo mejor, resulta extremadamente simple. ¿Quién estaba antes?. Siempre habrá interrogantes que nos vuelvan a la perplejidad.