Polvo eres y en polvo te convertirás
Cómo entender los orígenes de la materia en nuestro universo nos ayuda a ser más humildes y a apreciar el inmenso valor de nuestra vida
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Esta entrada está basada en varios artículos de la revista científica Quanta, así como en diversos videos de los canales de divulgación de contenido científico Kurzesagst y The Science Asylum.
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Ahora sí, a lo que vinimos:
A propósito de nuestra entrada de la semana pasada sobre la importancia de cuestionar nuestras creencias y aproximarnos a la vida con una actitud crítica y curiosa, pero ante todo humilde, pocas cosas me inspiran más humildad que entender los orígenes, la evolución y el eventual final de nuestro cosmos. Este entendimiento es uno de los grandes motores de mi pasión por la astrofísica (y la física en general, a decir verdad).
Poner nuestra existencia en la perspectiva de la inmensa escala del universo, intentando raspar la superficie del entendimiento de esos procesos que precedieron nuestro presente y que continuarán mucho después de nosotros, es revelador. Y es que a pesar de que la vastedad del cosmos y la complejidad de sus procesos están muy lejos de nuestra completa comprensión, esta perspectiva sirve como ancla para vivir de la mejor manera posible este efímero y casi indistinguible capítulo que es nuestra vida.
Nos invita a no tomarnos las cosas tan personalmente, ni a nosotros tan en serio, y a aprovechar al máximo el tiempo que tenemos aquí. Además, me es fuente de profunda gratitud al considerar los eventos increíblemente improbables que se tuvieron que alinear, uno tras otro, para que estemos aquí, compartiendo estas palabras en comunidad.
Es bajo este entendido que escribo la entrada de hoy: buscando compartir, a grandes rasgos, esos procesos químicos y físicos que mediaron en la creación de la materia conocida, de los elementos de nuestra tabla periódica y, por supuesto, de la vida en la Tierra. Estos procesos que, seguramente, se repiten en miles de planetas, exoplanetas y, por qué no, en lunas de este y otros universos, tienen el potencial de encender en mí una chispa de fascinación, optimismo, humildad y gratitud… espero sea igual para ustedes.
El alfa
Hoy por hoy, el Big Bang es la teoría científica más aceptada sobre el origen de nuestro universo (sí, cada vez son más los estudios, no sólo teóricos, sino empíricos también, que otorgan un alto grado de probabilidad a la existencia de múltiples, quizás infinitos, universos).
Hace aproximadamente 14 mil millones de años, toda la materia y energía del universo estaban concentradas en un punto extremadamente denso y caliente. Este punto comenzó a expandirse rápida y violentamente, dando lugar a la formación del espacio, el tiempo y toda la materia conocida. No fue una explosión en el espacio, sino una expansión del propio espacio. En los primeros instantes, el universo era un plasma caliente y denso compuesto por lo que se conocen como partículas fundamentales, esas piezas que, aunque pareciera contradecir la etimología de la palabra, componen a los átomos (a sus núcleos, para ser más precisos).
Son varias las teorías formuladas sobre qué desencadenó al Big Bang. La más aceptada es la del "estado inflacionario", también conocida como “universo inflacionario”. Esta teoría, propuesta por Alan Guth y otros colegas en la década de 1980, sugiere que una fracción de segundo después del Big Bang, el universo experimentó una expansión exponencial extremadamente rápida, conocida como inflación cósmica. Otra teoría es la del "gran rebote" (Big Bounce en inglés), que sugiere que el Big Bang fue precedido por una fase de contracción de un universo anterior, pero esta idea aún es motivo de debate y desarrollo teórico. Mi favorita, que se ha postulado más recientemente, y sobre la que tendremos una entrada más adelante, sugiere que el Big Bang y, en general, la creación de nuevos universos, es un proceso inestable que se puede dar en cualquier lugar del espacio-tiempo a partir de procesos conocidos como fluctuaciones cuánticas… es una base científica robusta que puede explicar por qué “algo” puede emerger de la “nada”.
Pero no nos vayamos por las ramas.
Como ya decíamos, el Big Bang produjo un universo extremadamente caliente y denso, lleno de un plasma de partículas subatómicas como cuarks y gluones. A medida que el universo se expandía y enfriaba, estos cuarks se combinaron para formar protones y neutrones. En los primeros tres minutos, estos protones y neutrones se fusionaron para formar núcleos de hidrógeno, helio y litio en un proceso conocido como nucleosíntesis primordial. Valga la pena decir que, en este punto, la densidad y temperatura del universo aún eran tan altas que los electrones no podían unirse a los núcleos para formar átomos estables, manteniendo al universo en un estado de plasma ionizado.
Fue aproximadamente 380,000 años después del Big Bang cuando el universo se enfrió lo suficiente para que los electrones pudieran unirse a los núcleos y formar átomos de hidrógeno y helio en un proceso conocido como recombinación. Este evento permitió que la luz viajara libremente por primera vez, creando lo que hoy conocemos como la radiación cósmica de fondo en microondas (CMB, por sus siglas en inglés). Valpa la pena decir que esta radiación es una especie de "eco" del Big Bang; una radiación de cuerpo negro casi perfecta que llena todo el universo y que hemos podido observar y medir con gran precisión. Por supuesto que fue su descubrimiento y posterior estudio lo que proporcionó evidencia sólida sobre la teoría del Big Bang y, a su vez, de la inflación cósmica (que no es incompatible con la de las fluctuaciones cuánticas, por cierto).
Las fábricas estelares
Continuando con nuestra exploración del cosmos y la materia, después de la recombinación, el hidrógeno, siendo el elemento más ligero y abundante, comenzó a agruparse bajo la influencia de la gravedad, formando las primeras estrellas. En el núcleo de estas estrellas, donde la temperatura alcanza aproximadamente 15 millones de grados Celsius, los núcleos de hidrógeno comenzaron a fusionarse para formar helio, liberando una inmensa cantidad de energía en el proceso.