Durante el siglo XX, las observaciones astronómicas de la supernova Tipo Ia —que explota cuando una enana blanca alcanza 1,4 masas solares— han proporcionado candelas cosmológicas estándar mediante las cuales es posible conocer las distancias astronómicas con precisión. Esto se debe a que cuando este tipo de enana blanca explota y se transforma en una supernova, todas producen la misma luminosidad y se atenúan a la misma velocidad, ya que todas tienen una composición casi idéntica. Además, todas explotan al alcanzar la misma 1,4 de la masa solar, que representa la masa máxima de la enana blanca, ya que esto expulsa los gases ricos en hidrógeno de la estrella dueña que envejece. De esta manera, la densidad y el calor aumentan continuamente hasta que la temperatura alcanza más de 10 millones de grados y se produce la fusión nuclear de toda la enana blanca. La estrella luego se inflama y explota masivamente, desgarrando la estrella y produciendo una supernova que es mayor que la Tipo Ia.

La causa del aumento o disminución en el brillo de las enanas blancas es la distancia entre ellas y el observador, o la distancia entre la supernova y el observador. Esto es lo que las convierte en candelas estándar para determinar con exactitud las distancias astronómicas, como se mencionó anteriormente. Por ejemplo, si ya conocemos la distancia entre nosotros y una supernova y luego queremos medir la distancia entre nosotros y una segunda supernova que tiene un cuarto del brillo de la primera supernova, entonces la distancia entre nosotros y la segunda supernova es el doble de la distancia entre nosotros y la primera supernova. Esto se debe al hecho de que el brillo es proporcional al cuadrado de la distancia. Esto también significa que, si conocemos la distancia entre nosotros y una supernova, podemos calcular su luminosidad. Dado que las supernovas están explotando continuamente en el universo que nos rodea, han proporcionado información precisa sobre distancias astronómicas. Además, observarlas mostró cuán rápido se está expandiendo el universo (materia y energía).

A fines del siglo XX, un equipo de investigadores que observaban supernovas concluyó que una supernova lejos de nosotros es menos brillante de lo que debería serlo. Esto significa que el universo se está expandiendo a una velocidad mayor a la esperada, lo que significa que existe una energía creciente, masiva y desconocida que resiste a la gravedad de la masa de materia cósmica y empuja hacia la expansión a un ritmo creciente.

Una vez que se hubo desarrollado una herramienta para medir distancias astronómicas precisas, los astrónomos midieron las distancias de las galaxias y la velocidad de su distanciamiento, y descubrieron que hay una gran energía desconocida que combate a la fuerza gravitatoria de la materia del universo. También participa activamente en la expansión continua del universo a un ritmo creciente. Esta energía fue llamada energía oscura.

Con respecto al cálculo matemático, basado en los resultados anteriores y otros resultados y observaciones disponibles, los astrónomos pudieron conocer el valor de la diferencia entre ΩΛ – ΩM = 0,46 ± 0,03.

ΩΛ representa la relación de la densidad provista por la energía oscura a la densidad crítica.

ΩM representa la relación de la densidad promedio de toda la materia del universo a la densidad crítica.

La densidad crítica es la densidad a la que la curvatura del universo es cero, de acuerdo con las ecuaciones de Einstein.

De acuerdo con los resultados de las observaciones astronómicas, en el universo visible, la relación de la densidad promedio de toda la materia incluida la materia oscura del universo —calculada en función de la gravedad— a la densidad crítica es casi igual a 0,25, lo que significa ΩM≈ 0,25.

De la ecuación anterior, podemos ver que el valor de ΩΛ es:

ΩΛ – ΩM = 0,46 ± 0,03

ΩΛ = 0,46 (± 0,03) + 0,25 ≈ 0,71

Esto significa que ΩΛ – ΩM = 0,96 ∼ 0,99. Para algunos físicos y astrónomos, este número es casi uno, lo que significa que la curvatura del universo es cero.

De las ecuaciones de relatividad de Einstein sobre la forma del universo y su expansión de la estabilidad, podemos conocer el valor de la densidad crítica de la materia en el universo. La densidad crítica es la densidad de la materia en el universo en la que la curvatura del espacio es cero. La densidad real es la densidad del universo que realmente se mide, incluida la energía cósmica convertida a materia que es igual según la ecuación de Einstein E = mc2.

Si la densidad real es mayor que la densidad crítica, la curvatura del universo es positiva como la superficie de una esfera. Esto también significa que, si nuestro universo se está expandiendo, eventualmente se contraerá y su expansión no continuará para siempre.

Si la densidad real es menor que la densidad crítica, la curvatura del universo es negativa, como la superficie del paraboloide hiperbólico, y su expansión continuará para siempre.

Si el valor de la densidad real es igual al valor de la densidad crítica, la curvatura del universo es cero, o digamos que es plana, y su expansión continuará. Sin embargo, la velocidad de su expansión se ralentizará y se acercará a cero sin llegar a alcanzarla nunca.

De acuerdo con los resultados anteriores, la relación es aproximadamente 1. Esto significa que la densidad real es igual a la densidad crítica, lo que a su vez significa que la curvatura del universo es cero o, en otras palabras, es plana.

wheeler
Figura 30: Modelos de Friedmann – Fuente: (A Journey Into Gravity and Spacetime – Wheeler, A.J.)

Además de lo que han proporcionado las supernovas, como se mencionó anteriormente, los científicos han podido determinar la suma de ΩΛ y ΩM, y que su valor es aproximadamente 1,02 ± 0,02. Este hallazgo es el resultado de una investigación llevada a cabo a fines del siglo XX y principios del siglo XXI mediante la cual se observó radiación de fondo cósmico y se trazó un mapa preciso de las desviaciones dentro de él utilizando sofisticados equipos montados en aviones y satélites. Si volvemos al resultado del valor de la diferencia entre ellos proporcionado por las supernovas, obtendríamos casi el mismo resultado, que es que su suma es aproximadamente 1.

Por lo tanto, la constante cosmológica en la ecuación de Einstein no es 0 como se esperaba anteriormente, mientras que hay una energía desconocida, o energía oscura, que representa la mayoría de la energía que afecta al universo. Si se convierte en masa, sería el mayor contribuyente a la masa del universo.

Otro punto para establecer es que la curvatura del universo es 0, lo cual significa que es plano.

Los datos del WMAP ponen de manifiesto que las mayores desviaciones de la homogeneidad en la CBR abarcan un ángulo de aproximadamente un grado, lo que supone que ΩM + ΩΛ tiene un valor de 1,02 más/menos 0,02. Así pues, dentro de los límites de la precisión experimental, podemos llegar a la conclusión de que ΩM + ΩΛ = 1, y que el espacio es plano. El resultado de las observaciones de SN Ia lejanas se puede expresar como ΩΛ – ΩM = 0,46. Si combinamos este resultado con la conclusión de que ΩM + ΩΛ = 1, vemos que ΩM = 0,27 y ΩΛ = 0,73, con un margen de error porcentual pequeño en cada número. Como ya se ha señalado, se trata de las mejores estimaciones actuales de los astrofísicos para los valores de estos dos parámetros cósmicos clave, según los cuales la materia —tanto la corriente como la oscura— proporciona el 27% de la densidad total de energía del universo, y la energía oscura, el 73%. (Si preferimos pensar en el equivalente energético de la masa, E/c2, entonces la energía oscura suministra el 73% de toda la masa) (Tyson 2004, “Orígenes”, 95).

Con respecto al origen de la energía oscura, algunos físicos piensan que la mecánica cuántica proporciona una explicación suficiente, ya que las partículas hipotéticas aparecen y desaparecen constantemente en un espacio completamente vacío. Esto se debe a que existen fluctuaciones cuánticas de la vacuidad, de acuerdo con el principio de incertidumbre en la mecánica cuántica, como se demostró anteriormente.

El espacio de la materia y la energía aumenta con la expansión de la materia y la energía, independientemente de que ya sea parte de un espacio y galaxias mayores, que dado su movimiento divergente y acelerado a lo largo del tiempo ocupan una mayor parte de lo que ocupan, o de que se trate de todo el espacio universal, que haya sido minúsculo en el pasado y haya comenzado su expansión con el Big Bang.

Suponiendo que la energía oscura proviene de las fluctuaciones cuánticas del espacio vacío, el resultado sería que, con la expansión del espacio, la energía oscura aumente en el espacio vacío entre la materia, junto con una mayor dispersión de la materia en el universo. Como resultado, lo que se espera en un universo plano, que tiene una constante cosmológica distinta de cero en la ecuación de relatividad de Einstein, es que tienda a un aumento de ΩΛ a expensas de ΩM, constantemente, ya que mantienen una suma de uno. Se espera que ΩM alcance un número lo más cercano posible a cero, y que ΩΛ alcance un número lo más cercano posible a uno. Sin embargo, esto requiere un gran período de tiempo.

Teóricamente, la constante cosmológica puede ser muy grande. Si ahora regresamos al comienzo de la formación del universo y suponemos que la constante cosmológica es mucho más grande de lo que es ahora —como se espera teóricamente— entonces la densidad de la energía oscura sería grande y el valor de ΩΛ no requerirá de todo ese tiempo para superar al valor de ΩM. Más bien, el valor de ΩΛ sería mucho más grande que el valor de ΩM dentro de un período pequeño de la edad del universo (quizás unos pocos millones de años). Esto significa que la creciente influencia de la cantidad colosal de energía oscura hará que la expansión del universo ocurra rápidamente y conduzca a la dispersión y diseminación de la materia en el espacio, ya que no permitirá que se formen las estrellas, planetas y galaxias, y la vida no existirá en el universo. Esto significa que la constante cosmológica actual adecuada para el surgimiento de la vida en el universo es evidencia de que el universo está codificado para que la vida surja dentro de él, porque las posibilidades de la constante cosmológica son numerosas. No sería racional que ocurriera sin la intención previa de que la constante cosmológica, en términos de observaciones universales, fuera mucho menos que la esperada teóricamente. En consecuencia, es adecuada para las galaxias, las estrellas, los planetas y para el surgimiento de la vida.

La aplicación simple de la teoría cuántica a lo que llamamos «vacío» predice que las fluctuaciones cuánticas crearán energía oscura. Si contamos la historia desde esta perspectiva, la gran pregunta sobre la energía oscura parece ser la siguiente: ¿por qué tardaron tanto los cosmólogos en reconocer que esta energía ha de existir?

Por desgracia, los detalles de la situación real convierten esa pregunta en otra: ¿cómo es que los físicos de las partículas se equivocaron tanto? Los cálculos de la cantidad de energía oscura que acecha en cada centímetro cúbico dan un valor aproximadamente 10120 veces superior al hallado por los cosmólogos en observaciones de supernovas y en la radiación cósmica de fondo. En situaciones astronómicas fuera de lo común, los cálculos que se revelan correctos con un margen de error de 10 se suelen considerar al menos temporalmente aceptables, pero nadie puede esconder un factor de 10120 bajo la alfombra, ni siquiera una Pollyanna física. Si el espacio vacío real contuviese energía oscura en cantidades mínimamente parecidas a las propuestas por la física de las partículas, desde entonces el universo se habría hinchado hasta tener tanto volumen que nuestra cabeza jamás habría empezado a girar, pues una minúscula fracción de segundo habría bastado para extender la materia hasta una rarefacción inimaginable (Tyson & Goldsmith 2004, “Orígenes”, 54-55).

En un intento por explicar la solidez de la constante cosmológica, los físicos y los cosmólogos muestran aquí varios universos de múltiples maneras. Hay una suposición que establece: que vivimos en un universo que es parte de una secuencia de varios universos, sin conexión entre ellos. Cada universo tiene su propio espacio que se ha formado por muchos eventos fortuitos y explosiones dentro de una entidad de dimensiones superiores. Aquí podemos imaginar que nuestro universo es un resultado de uno de estos muchos eventos fortuitos y explosiones, la mayoría de los cuales han sido formados por una constante cosmológica que no permite el surgimiento de la vida dentro de ellos. Por lo tanto, el dilema presentado ya no existe.

Sin embargo, esto sigue siendo una mera hipótesis. Podemos afirmar que cada uno de los múltiples universos se originó a partir de un universo superior a él. En consecuencia, no comparten un origen común y, por lo tanto, esto no resuelve el problema de la probabilidad de la solidez de la constante cosmológica. Se puede agregar a esto que la hipótesis de los múltiples universos en sí conduce a preguntas adicionales con respecto a esos universos múltiples y la posibilidad de influirse mutuamente, aunque las variaciones cuantitativas en el espacio sean incluso un resultado de esta influencia.

Hasta este punto, esta es una hipótesis general que representa una respuesta débil a lo que se ha demostrado según las observaciones universales reales, es decir, que la constante cosmológica actual, en esa cantidad, es adecuada para el surgimiento de la vida y, por lo tanto, el surgimiento de nuestros cuerpos. Este es el caso, aunque no fuera incluso con esta cantidad, sino, más bien, con una cantidad mucho mayor, como se hipotetiza de acuerdo a los principios teóricos de cuando surgió la vida en este universo. Esto significa que fue diseñado con la vida como objetivo. Por lo tanto, esto demuestra la existencia de Dios.

… como en el concepto «multiverso» la situación global se incrusta en dimensiones superiores, el espacio de nuestro universo sigue siendo totalmente inaccesible a cualquier otro, y viceversa. Esta falta de interacciones —ni siquiera teóricamente posibles— sitúa la teoría del multiverso en la categoría de hipótesis aparentemente no comprobables, y por tanto no verificables, al menos hasta que mentes más sabias descubran la manera de poner a prueba el modelo. En el multiverso, nacen universos nuevos en momentos completamente aleatorios, capaces de hincharse mediante inflación hasta constituir enormes volúmenes de espacio, y de hacerlo sin que ello afecte en lo más mínimo al infinito número de otros universos (Tyson & Goldsmith 2004, “Orígenes”, 57).

Hay astrofísicos que responden que este argumento existe porque existimos aquí, lo que significa que el dilema está relacionado con el observador o el ser humano. En otras palabras, nuestra existencia limita el valor de la constante cosmológica. Debido al hecho de que existimos aquí y hemos observado la constante cosmológica, su valor actual ha adquirido importancia. Esta solución al dilema de la constante cosmológica se denomina principio antrópico o enfoque antrópico. Sin embargo, en realidad, concede importancia a la existencia del observador humano de la constante cosmológica en la medida en que intenta resolver el dilema de la constante cosmológica. Por lo tanto, en la actualidad, de acuerdo con el principio antrópico o el enfoque antrópico, la constante cosmológica y el universo carecen de valor sin la existencia del humano que lo observa, como demostramos previamente en la mecánica cuántica. En este caso, el ser humano y su existencia se vuelven muy importantes ya que no hay valor cognitivo o científico para el universo sin la existencia del observador (el humano). El universo como lo conocemos ahora no existe sin el ser humano, y esto significa que el ser humano es el primer objetivo cosmológico. Mientras haya un objetivo, habrá detrás de él un objetivo, un poder con un propósito o un dios.

Sin embargo, supongamos que sólo en las regiones lisas se hubiesen formado galaxias y estrellas, y hubiese las condiciones apropiadas para el desarrollo de complicados organismos autorreproductores, como nosotros mismos, que fuesen capaces de hacerse la pregunta: ¿por qué es el universo tan liso? Esto constituye un ejemplo de aplicación de lo que se conoce como el principio antrópico, que puede parafrasearse en la forma «vemos el universo en la forma que es porque nosotros existimos» (Hawking 2003, “Breve historia del tiempo”, 114).

Existe otro paradigma de los múltiples universos para resolver el dilema representado de la constante cosmológica. Se llama modelo ecpirótico y depende de la teoría de supercuerdas o teoría M. Este paradigma supone la existencia de universos múltiples en la forma de membranas extendidas y se producen colisiones entre ellas, y cada colisión que ocurre produce un Big Bang en ambas membranas enfrentadas y, por lo tanto, un universo nuevo en cada una de las dos, y naturalmente, con la multiplicidad de los universos, algunos de ellos serán productores de vida, aparte de la mayoría de los universos que son improductivos.

Paul Steinhardt, de la Universidad de Princeton, que podría tomar algunas clases particulares sobre creación de nombres con gancho, ha elaborado un teórico «modelo ecpirótico» del cosmos en colaboración con Neil Turok, de la Universidad de Cambridge. Motivado por la sección de la física de las partículas denominada «teoría de cuerdas», Steinhardt imagina un universo con once dimensiones, la mayoría de las cuales están «compactadas» —más o menos dobladas como un calcetín—, de modo que ocupan sólo cantidades de espacio infinitesimales. Algunas de las dimensiones adicionales tienen un tamaño y una importancia reales, pero no podemos percibirlas porque permanecemos encerrados en las cuatro conocidas. Si suponemos que todo el espacio del universo llena una lámina fina e infinita (este modelo reduce las tres dimensiones espaciales a dos), podemos imaginar otra lámina, paralela, y luego figurarnos las dos acercándose y chocando. El choque produce el Big Bang, y cuando las láminas rebotan entre sí, la historia de cada una procede según pautas familiares, lo que da origen a las galaxias y las estrellas. A la larga, las dos láminas dejan de separarse y empiezan a acercarse de nuevo, lo que provoca otra colisión y otro Big Bang en cada lámina. Así pues, el universo tiene una historia cíclica, se repite a sí mismo —al menos en sus rasgos más generales— a intervalos de cientos de miles de millones de años. Como ecpirosis significa en griego ‘conflagración’ (recordemos la más conocida palabra pirómano), el «universo ecpirótico» recuerda a cualquiera que tenga el griego en la punta de la lengua el gran incendio que dio lugar al cosmos conocido.

Este modelo ecpirótico del universo tiene atractivo emocional e intelectual, aunque no el suficiente para conquistar el corazón y la mente de muchos compañeros cosmólogos de Steinhardt. En todo caso, todavía no. Algo vagamente parecido al modelo ecpirótico, si no el modelo mismo, acaso ofrezca algún día el avance que los cosmólogos esperan actualmente en sus intentos de explicar la energía oscura. Incluso quienes apoyan el enfoque antrópico difícilmente se cerrarían en banda a una nueva teoría que les brindase una buena explicación para la constante cosmológica sin recurrir a un número infinito de universos, de los cuales el nuestro resulta ser uno de los afortunados (Tyson & Goldsmith 2004, “Orígenes” 58-59).


Extracto del libro “La Ilusión del Ateísmo” de Ahmed AlHasan (a)

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