El Cedazo

La entrada anterior de esta miniserie sobre el destino del Universo habíamos empezado a describir algunas de la ideas acerca de cuál pueda ser el devenir de nuestro personaje, rebotes, renacimientos continuos, cosmología cíclica o redobles de branas. En esta entrada continuamos con las posibilidades. Recordémoslas de nuevo y volvamos un paso atrás, retomando las curvas de la figura que abre esta entrada, en especial aquellas que auguran un mundo plano o infinitamente abierto. Expansión eterna, dilución de materia y energía, descomposición de estructuras y átomos, oscuridad, evaporación de los agujeros negros, radiación cada vez más “alargada”, mucho más frío que los 2,725 K actuales, entropía al máximo… lo que conocemos como muerte térmica.

Tardará más o menos, pero el Universo acabará siendo un mundo lleno de radiación extremadamente fría. Como anunciamos, la entropía es máxima, todo se ha desbaratado y la temperatura es heladora. Como dice la astrofísica Katie Mack en su libro “El fin de todo”, página 104, “Si la entropía no puede aumentar [a niveles infinitesimales de temperatura su variación es inapreciable], entonces la energía no puede fluir de un lugar a otro sin hacerlo de inmediato en el sentido inverso, borrando al instante cualquier cosa que, por azar, haya ocurrido… El calor es inútil, el calor es muerte… en un sentido muy real la flecha del tiempo se desvanece”. Hablaremos con más detalle de la muerte térmica en las próximas entradas, porque aun nos quedan grandes horrores por narrar.

Porque si la muerte térmica tiene un final triste no digamos el del Gran Desgarro. En ese caso la constante w que fija el tipo de ecuación de estado, la correlación entre la presión y la densidad de energía, es menor que el valor -1 propio de la energía oscura como constante cosmológica. Evidentemente es una idea teórica, pero que debemos tener en cuenta dadas las incertidumbres en nuestro conocimiento. Las mediciones que se han hecho sobre el valor de w en el universo actual no fijan un valor concreto, sino un margen muy amplio, más o menos entre -1,2 y -0,9,  en el que todo puede pasar. Para valores entre -0.9 y -1,0 se produce una continua expansión exponencial que se va relajando en el tiempo hasta lo que hemos llamado muerte térmica. Pero para valores menores que -1 pueden pasar cosas raras. En ese caso el destino final del Universo podría ser acabar en una singularidad futura denominada Gran Desgarro (Big Rip), donde el factor de escala en un tiempo finito diverge a infinito: el Universo crece desde un tamaño inicial a un tamaño infinito en un tiempo cósmico finito. Y eso sucede tanto más rápido cuanto más se aleje w del valor -1. La excursión durante la que el factor de escala a(t) se va a hacer infinito va acompañada de serias implicaciones para el Universo y sus estructuras y componentes. La gigantesca expansión lo va separando todo, haciendo inicialmente cada vez más insignificantes los efectos gravitatorios, para después ridiculizar el esfuerzo de las otras fuerzas fundamentales, Hasta destrozar el propio espacio-tiempo. Un observador que se encontrara en la Tierra vería cómo se irían “desgarrando” progresivamente las galaxias, estrellas, nuestro sistema solar y finalmente los átomos y núcleos atómicos. Cualquier objeto del Universo sería llevado fuera del horizonte de sucesos de cualquier otro componente. Pero la evolución del Universo no es solo sorprendente en el mismo Gran Desgarro, sino que incluso es más sorprendente después de la singularidad del Gran Desgarro si por algún mecanismo el espacio-tiempo lograra recuperarse: entonces el Universo se contraería desde un tamaño infinito en la singularidad hasta desaparecer en un tiempo infinito.^[1]

Evolución del tamaño del Universo a lo largo del proceso del Gran Desgarro. t_∞0 señala el tiempo en el que ocurre el Gran Desgarro. (Imagen: “El Problema de la Energía Oscura en la Nueva Cosmología Estándar”, Figura 2.1, José Antonio Jiménez Madrid, fair use)

Esta sería la aproximación cronológica teórica de los sucesos, una minicrónica periodística, para el caso en el que w tuviera el valor -3/2:^[2] los cúmulos de galaxias habrán comenzado a difuminarse aproximadamente desde el año 10⁹ antes del final de los tiempos; la Vía Láctea se verá destruida aproximadamente 60 millones de años antes del Gran Desgarro. Unos meses antes de la singularidad la Tierra será “arrancada” del Sol y aproximadamente 30 minutos antes del final se desintegrará el planeta. Llega el momento en que las otras tres fuerzas fundamentales también serán ridiculizadas por la energía fantasma, de forma que las moléculas y átomos se destruirán aproximadamente a 10^-19 segundos antes del final. Los núcleos y los nucleones se disociarán en el intervalo restante. Después de esta secuencia de eventos anteriores a la singularidad, con toda probabilidad se podría activar algún tipo de física nueva.^[3] El tiempo cero del desgarro llega a los 35×10⁹ años a partir de hoy. Aunque como todo está condicionado al valor considerado de la constante w en la ecuación de estado ¡quizás tengamos suerte y suceda más tarde!

Esta es una amenaza posible, aunque para los humanos de hoy en día no deje de ser una curiosidad. Y aun hay más curiosidades teóricas con cierta probabilidad de realidad. Hablamos de la destrucción total, instantánea e indolora. Hablamos de un cambio de vacío de Higgs (Big Slurp). Si releemos las primeras entradas de la serie Biografía del Universo recordaremos cómo el campo inflatón había descendido desde su posición metaestable en la cumbre de un falso vacío rodando hasta un vacío de menor energía que conceptuamos como verdadero. También recordaremos cómo el campo de Higgs había hecho lo mismo en busca de un mínimo energético cuando el Universo era un tierno infante de 10^-12 segundos de vida. Pues bien, la mala noticia es que nadie puede asegurar que el verdadero vacío al que llegó el campo de Higgs sea realmente eso, un verdadero vacío absoluto… ¿por qué no puede haber un vacío MÁS verdadero a un nivel energético menor en el que caer? La buena noticia es que los mejores cálculos nos dicen que si lo hubiera lo más probable es que eso puede pasar dentro de 10¹⁰⁰ años. Pero en estadística se trabaja con estados medios, con lo cual ¿por qué no puede pasar eso dentro de diez segundos?

Me diréis ¿y qué importancia tiene eso? Recordad cómo el campo de Higgs, cuando rodó a su posición de mínima energía en el verdadero vacío, generó la masa de todas las partículas elementales, incluida la de algún bosón. Nuestro mundo es como es porque, entre otras cosas, la masa del electrón es de unos 0,5 MeV y la del protón y neutrón del orden de un GeV. El mundo que conocemos, con nosotros vivos dentro de él, se ha construido apuntalado en esas masas. Si fueran otras el mundo sería muy distinto, incluso sería inimaginable o diametralmente opuesto al que conocemos. Ahí reside el problema de que quepa la posibilidad de un nuevo deslizamiento hacia una posición de menor energía, hacia un verdadero vacío más ligth. En ese caso… kaputt para todos nosotros y todo lo conocido.

¿Cómo puede suceder eso? Veamos la imagen que sigue. Higgs acunado en el vacío intermedio y sopesando el paso a un verdadero mínimo vacío. Debería saltar por encima de la colina que separa ambos vacíos, para lo cual se necesitaría generar un empujón energético muy elevado, más energético que las explosiones más devastadoras que vemos en el Cosmos, lo cual deja esa vía como muy improbable. Pero bien podría aprovechar la oportunidad de atravesarlo a través de un túnel cuántico.^[4] Real posibilidad, aunque suficientemente baja como para que no nos preocupemos demasiado. La desintegración del vacío es muy improbable al menos durante muchos muchos billones de años. Pero, repito, puede suceder.

Diagrama simplificado del tunelaje cuántico, un fenómeno por el cual una partícula -Higgs en el ejemplo- puede moverse a través de una barrera que sería imposible bajo la mecánica clásica (Imagen: modificado de Wikipedia, dominio público)

Que no cunda el pánico. Hay una escapatoria. Solo una parte del universo sería destruida en el cambio de vacío de Higgs, mientras que la mayor parte del universo no se vería afectada, debido a que las galaxias ubicadas a más de 4.200 megaparsecs -13,7x 10⁹ años luz- de distancia entre sí se están alejando unas de otras a mayor velocidad que la de la luz, mientras que el Big Slurp no puede expandirse más rápido que esa velocidad.

Pero ¿y si no disponemos de esos escudos protectores? Ya dijimos que la estadística es caprichosa y la suerte de una cara exige la suerte de una cruz. Baste con que ocurra en un punto del Universo, que además puede estar cosmológicamente cerca, para que el fuego se extienda a la velocidad de la luz. Y esto puede estar pasando ahora mismo… el frente de destrucción está llegando al sol y dentro de ocho minutos dejaremos de existir. Todo comenzaría con una burbuja en un punto del Universo. Allí donde se inicie el evento se va a producir una burbuja de vacío verdadero que va a contener un tipo de espacio completamente distinto con unas leyes también distintas. Al principio es una nimia burbuja rodeada por una pared de altísima energía. Entonces empieza a expandirse, ya que su situación de mínima energía es la preferida por el resto del Universo. Todo lo altera a su alrededor, provocando una avalancha que hace que cada vez sea mayor el espacio que sucumbe al estado de mínima energía. Allí  adonde alcance todo va a cambiar, su energética frontera irá barriendo a la velocidad de la luz y en donde llegue se experimentará un proceso que solo puede calificarse de total y completa disociación, momento en el que dejan de funcionar las fuerzas que antes mantenían unidas las partículas en los átomos y los núcleos.^[5] Se cree que la energía y la presión del auténtico vacío crearía un campo gravitatorio tan intenso que la región abarcada por la burbuja se podría contraer, incluso conforme se expandiera la burbuja, en un tiempo menor al microsegundo: una brusca aniquilación de todo según implota la burbuja interior en su singularidad espacio-temporal.^[6] FIN: Un nuevo Universo aparece mientras el nuestro se esfuma en la nada. La buena noticia es que, al contrario de lo que suceda en un Gran Colapso, o en un Gran Desgarro o durante la “simple” muerte térmica, ni lo vamos a notar ni nos va a doler.

Acabo de conceptuar a la muerte térmica como un fenómeno “simple” porque no se va a producir ninguna extraña singularidad en el proceso. Va a ser un alargado languidecimiento apto para todas las edades, sobre todo si son tan escuetas como la humana. Casi no da miedo el aventurarse por un futuro en donde al final se va a ir perdiendo hasta el sentido físico de la flecha del tiempo. Lo veremos en la siguiente entrada.

1. “El Problema de la Energía Oscura en la Nueva Cosmología Estándar”, José Antonio Jiménez. (2006), aquí. [↩]
2. “Phantom Energy and Cosmic Doomsday”, Robert R. Caldwell, Marc Kamionkowski y Nevin N. Weinberg, 2003. [↩]
3. Por ejemplo, la producción espontánea de partículas o los efectos extradimensionales inherentes a la teoría de cuerdas o a la de la gravedad cuántica. [↩]
4. La cuántica nos dice que a la vez hay una cierta probabilidad, quizás mínima, de que el campo se encuentre en el vacío verdadero y otra probabilidad de que se encuentre en el falso. Luego el “salto” de la barrera es posible. [↩]
5. Del libro “El fin de todo”, Katie Mack, página 150, (2021), colección Crítica, editorial Planeta. [↩]
6. Ver la publicación “Gravitational effects on and of vacuum decay”, 1980 Sidney Co1eman y Frank De Luccia. [↩]

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