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FIN DEL UNIVERSO

BIG FREEZE

BIG RIP

BIG CRUNCH

BIG BOUNCE

VIDA EN UN UNIVERSO MORTAL

El destino último del Universo es un tema en cosmología física. Las teorías científicas rivales predicen si el Universo tendrá duración finita o infinita. Una vez que la noción de que el Universo empezó con el Big Bang se hizo popular entre los científicos, el destino final del Universo se convirtió en una pregunta cosmológica válida, dependiendo de la densidad media del Universo y la tasa de expansión.

Según las teorías cosmológicas actuales, la cantidad de materia que hay en el Universo es la que decidirá el futuro del mismo. Se tiene una idea bastante aproximada de la cantidad de materia visible que existe, pero no de la cantidad de materia oscura, dependiendo entonces de ésta el futuro del Universo.

Se ha podido calcular que si la densidad del Universo es menor que tres átomos por metro cúbico, será insuficiente para frenar la expansión, el Universo se expandirá indefinidamente (Big Rip) y será condenado a una muerte fría en medio de la oscuridad más absoluta. En este caso el tiempo se acabaría en unos 35.000 millones de años. Pero si la masa es suficiente para detener la expansión, tendrá lugar el Big Crunch o, lo que es lo mismo, el Universo, forzado por la gran cantidad de masa, empezaría a comprimirse hasta que, dentro de unos 20.000 millones de años, acabe por colapsarse en una singularidad, algo parecido al Big Bang, pero al revés. En este caso tras el Big Crunch es posible que el Universo comience de nuevo con otro (o, según el modelo cíclico, el mismo) Big Bang.

BASES CIENTÍFICAS EMERGENTES

La exploración científica teórica del destino final del Universo se hizo posible con la teoría de la relatividad general formulada por Albert Einstein en 1915. La relatividad general se puede emplear para describir el Universo con la mayor escala posible. Hay muchas soluciones posibles a las ecuaciones de la relatividad general y cada solución implica un posible destino final del Universo. Alexander Friedmann propuso una solución en 1921. Estas ecuaciones de Friedmann implican que el Universo ha estado expandiéndose desde una singularidad inicial; es decir, esencialmente el Big Bang.

Un parámetro importante en las teorías del destino del Universo es el parámetro de densidad, Omega (O), definido como la densidad de materia media del Universo dividido por un valor crítico de esa densidad. Esto crea tres posibles destinos del Universo, dependiendo de si O es igual, menor o mayor que 1. Estos se llaman respectivamente, Universo plano, abierto y cerrado. Estos tres adjetivos se refieren a la geometría global del Universo y no a la curvatura local del espacio-tiempo causada por pequeñas agrupaciones de masa (por ejemplo, las galaxias y las estrellas).

Las pruebas observacionales no tardaron en llegar. En 1929, Edwin Hubble publicó sus conclusiones, basado en las observaciones de las estrellas variable Cefeida en galaxias lejanas, que el Universo estaba en expansión. Desde entonces, el principio del Universo y su posible final han sido objeto de seria investigación científica. En 1933, Georges Lemaître presentó una teoría que se ha llamado la teoría del Big Bang del origen del Universo. En 1948, Fred Hoyle propuso la teoría opuesta de un Universo estático, llamada la Teoría del Estado Estacionario. Estas dos teorías fueron contendientes activos hasta el descubrimiento de Arno Penzias y Robert Wilson en 1965, del fondo cósmico de microondas, un hecho que es una predicción sencilla de la teoría del Big Bang y una de que la Teoría del Estado Estacionario no es válida. La teoría del Big Bang inmediatamente se convirtió en el más ampliamente sostenido punto de vista del origen del Universo.

Cuando Einstein formuló la relatividad general, él y sus contemporáneos creían en un Universo estático. Cuando Einstein encontró que sus ecuaciones podían fácilmente ser resueltas de tal manera que se permitiera que el Universo estuviera en expansión y se contrajera en un futuro lejano, añadió a estas ecuaciones lo que él llamó una constante cosmológica cuyo papel era compensar el efecto de la gravedad en el Universo en conjunto de tal manera que el Universo permanezca estático. Después de que Hubble anunciara su conclusión de que el Universo estaba en expansión, Einstein escribió que su constante cosmológica era su "gran metedura de pata".

Empezando en 1998, las observaciones de las supernovas en galaxias distantes han sido interpretadas como consistentes con un Universo cuya tasa de expansión se está acelerando. Se han formulado teorías cosmológicas posteriores para permitir esta posible aceleración, casi siempre apelando a la energía oscura y a la materia oscura. De ahí las recientes teorías sobre el destino final del Universo que permiten una constante cosmológica distinta de cero.

PAPEL DE LA FORMA DEL UNIVERSO

El destino final de un Universo en expansión está determinado por si Ω es mayor, menor o igual a 1.

El consenso científico actual de muchos cosmólogos es que el destino final del Universo depende de su forma global y de cuánta energía oscura contiene.

Universo cerrado

Si Ω>1, entonces la geometría del espacio sería cerrada como la superficie de una esfera. La suma de los ángulos de un triángulo exceden 180 grados y no habría líneas paralelas. Al final, todas las líneas se encontrarían. La geometría del Universo es, al menos en una escala muy grande, elíptica.

En un Universo cerrado carente del efecto repulsivo de la energía oscura, la gravedad acabará por detener la expansión del Universo, después de lo que empezará a contraerse hasta que toda la materia en el Universo se colapse en un punto. Entonces existirá una singularidad final llamada el Big Crunch, por analogía con el Big Bang. Sin embargo, si el Universo tiene una gran suma de energía oscura (como sugieren los hallazgos recientes), entonces la expansión podrá continuar para siempre —incluso si Ω>1—.

Universo abierto

Si Ω<1, la geometría del espacio es abierta, p.ej., negativamente curvada como la superficie de una silla de montar. Los ángulos de un triángulo suman menos de 180 grados (llamada primera fase) y las líneas paralelas no se encuentran nunca equidistantes, tienen un punto de menor distancia y otro de mayor. La geometría del Universo sería hiperbólica.

Incluso sin energía oscura, un Universo negativamente curvado se expandirá para siempre, con la gravedad apenas ralentizando la tasa de expansión. Con energía oscura, la expansión no sólo continúa sino que se acelera. El destino final de un Universo abierto tampoco es universal muerte caliente del Universo, el "Big Freeze" o el "Big Rip", dónde la aceleración causada por la energía oscura terminará siendo tan fuerte que aplastará completamente los efectos de las fuerzas gravitacionales, electromagnéticas y los enlaces débiles.

Universo plano

Si la densidad media del Universo es exactamente igual a la densidad crítica tal que Ω=1, entonces la geometría del Universo es plana: como en la geometría euclidiana, la suma de los ángulos de un triángulo es 180 grados y las líneas paralelas nunca se encuentran.

Sin energía oscura, un Universo plano se expande para siempre pero a una tasa continuamente desacelerada: la tasa de expansión se aproxima asintóticamente a cero. Con energía oscura, la tasa de expansión del Universo inicialmente baja, debido al efecto de la gravedad, pero eventualmente se incrementa. El destino final del Universo es el mismo que en un Universo abierto, la muerte caliente del Universo, el "Big Freeze" o el "Big Rip". En 2005, se propuso la teoría del destino del Universo Fermión-bosón, proponiendo que gran parte del Universo estaría finalmente ocupada por condensado de Bose-Einstein y la quasipartícula análoga al fermión, tal vez resultando una implosión. Muchos datos astrofísicos hasta la fecha son consistentes con un Universo plano.

BIG FREEZE

El Big Freeze ("Gran Frío"), muerte térmica o Big Whimper ("Gran Gemido") es una teoría física sobre el futuro del Universo, en la que se supone éste se seguirá expandiendo eternamente -asume, por tanto, un universo abierto- y está marcada por el triunfo de la segunda ley de la termodinámica, con la consecución final de prácticamente todos los procesos físicos que puedan darse y posiblemente acabando con la muerte térmica del Universo. Ya que los estudios recientes muestran que el Universo es abierto, es aceptado por  bastantes astrónomos.

EVOLUCIÓN

Se ha intentado modelizar la evolución futura del Universo en este escenario, detallándose a continuación lo que le espera a éste en ése posible futuro; es importante tener en cuenta que los eventos y eras que se describen a continuación están basadas en diversos modelos y teorías y tienen una duración solamente aproximadas (y sobre todo que las fechas dadas están escritas en notación científica, la cual no transmite adecuadamente lo que significan las cantidades aquí mencionadas). Asimismo, hay que tener en cuenta que descubrimientos o teorías futuras pueden cambiar algunas de los sucesos aquí descritos, como por ejemplo, la posibilidad de un Big Rip -que se daría mucho antes de que se produjeran muchos de los fenómenos aquí descritos- o la de que el Universo sufra una transición de fase hacia un vacío verdadero mediante efecto túnel, interrumpiéndose así de manera súbita su evolución -e incluso la posibilidad de un colapso futuro-. Dejada ya atrás hace mucho la era de la radiación que tuvo lugar poco después del Big Bang, y en la que la energía dominó sobre la materia, las diferentes eras por las que pasará el universo son las siguientes:

• Era estelífera
• Era degenerada
• Era de los agujeros negros
• Era oscura

1. ERA ESTELÍFERA

Ésta era se caracteriza por ser las estrellas los objetos dominantes del Cosmos. Gran parte de la energía generada en el universo es debido a los procesos nucleares que tienen lugar en su evolución, y sin duda es la era en la que más fenómenos interesantes ocurrirán. Es la era en la que nosotros nos hallamos. Su inicio fue 1 millón de años después del Big Bang, con la formación de las primeras estrellas y durará hasta dentro de 100 billones de años (10¹⁴) en el futuro, cuando dejarán de formarse estrellas, al menos a partir del gas interestelar, y todas ellas se habrán apagado. El futuro en ésta era estará marcado por el progresivo agotamiento del gas interestelar, y con él una progresiva disminución de la formación estelar, disminuyendo las estrellas que se forman y aumentando la proporción de cadáveres estelares -enanas blancas, estrellas de neutrones, y agujeros negros-. Asimismo, la metalicidad del gas interestelar irá aumentando y ello tendrá profundas consecuencias en la evolución estelar, disminuyendo la masa máxima que puede tener una estrella y permitiendo la existencia de estrellas aún menos masivas que las más ligeras de las existentes actualmente y de mucha mayor vida, pero por otro lado disminuyendo significativamente la vida de los astros que se formen por entonces -aunque aun así, ésas estrellas congeladas cómo han sido llamadas debido a la bajísima temperatura superficial que tendrían -comparable a la existente hoy en la superficie terrestre- vivirían mucho más tiempo que las estrellas menos masivas existentes hoy-. Llegará un momento en el que las únicas estrellas de la secuencia principal que queden sean las enanas rojas. Durante su evolución, hay una época en la que éstos astros tienen una luminosidad similar a la del Sol actual, por lo que gracias a ello incluso dentro de un billón de años (10¹²) las galaxias tendrán luminosidades comparables a las actuales, pero posteriormente la evolución estelar y primero la muerte de dichas estrellas y luego la extinción de las enanas blancas hará que las tinieblas las acaben envolviendo y extinguiendo, lenta pero progresiva e irremediablemente.

Otros fenómenos de consecuencias mucho más cercanas ocurrirán en ésta era. En particular, la Tierra será destruida por la evolución futura del Sol durante su fase de gigante roja y no escapará a éste destino tal y cómo se proponía. Más o menos en la misma época en la que ocurrirá esto, es muy probable que Andrómeda y nuestra galaxia colisionen, formando una galaxia elíptica que ha sido bautizada por algunos autores como Milkómeda, y aunque ello no ocurriera por entonces eventualmente todo el Grupo Local acabará por condensarse en una única galaxia gigante.

La aceleración de la expansión del Universo tendrá consecuencias muy importantes en el futuro, provocando que el Grupo Local no sea absorbido por el Cúmulo de Virgo. Sin embargo, la consecuencia más dramática será el aislamiento de las galaxias y los cúmulos de galaxias formando auténticos "universos isla". El Cúmulo de Virgo dejará de ser visible para "nosotros" dentro de apenas 1,32×10¹¹ años, pareciendo -al igual que el resto de objetos exteriores a nuestro Grupo Local- su imagen estar "congelada" en el tiempo y enrojeciendo permanentemente (desplazamiento infinito al rojo, el mismo fenómeno que apreciaría un observador cercano a un agujero negro en un objeto que cayera en él). Llegará un tiempo -dentro de 1,26×10¹² años, mucho antes de que se apaguen las estrellas- en el que la única galaxia visible será el resultado de la fusión de todas las galaxias del Grupo Local.

Es muy interesante observar que en ésta lejana época, será prácticamente imposible -si no imposible- determinar el origen del universo. Los pilares básicos que determinan la teoría del Big Bang (radiación de fondo, existencia de galaxias exteriores a la nuestra en las que se pueda apreciar la expansión del universo, y la nucleosíntesis primordial) habrán desaparecido, respectivamente debido a la aceleración del universo -que hará indetectable (o al menos irreconocible) el fondo de radiación cósmica y hará invisible ésas otras galaxias- y a la evolución estelar que habrá acabado con las abundancias originales de deuterio, con lo que se llegará al fin de la cosmología cómo ciencia; si bien observadores hipotéticos que existieran por entonces podrían saber que su "universo isla" tiene una edad finita y que su fin último es -cómo se detalla abajo- colapsar en un gran agujero negro, sería muy difícil para ellos deducir la teoría antes mencionada, o, naturalmente, la existencia de otros objetos cómo el suyo.

2. ERA DEGENERADA

En esta era los objetos dominantes serán los restos densos, inertes, y fríos que durante la era estelífera fueron estrellas, estimándose que durará entre 10¹⁴ años y al menos 10³² años (dependiendo de cuando se desintegren los protones). Será un universo prácticamente oscuro para un órgano como el ojo humano, pero radiará en otras longitudes de onda. La evolución galáctica por entonces estará dominada por la interacción gravitatoria entre dichos objetos y los efectos causados por ellas como relajación dinámica, disminución de las órbitas debido a la emisión de ondas gravitatorias, y finalmente aquellos causados por la aproximación de dichos objetos, que provocará por un lado que las galaxias muestren una distribución de masas cada vez más heterogénea, con una pequeña parte (apenas un 1%) de la masa concentrada en un volumen cada vez más pequeño en su centro -hasta acabar por formarse un agujero negro gigantesco-, y el resto de ella dispersa en un amplio volumen de espacio, o incluso expulsada de la galaxia ("evaporación galáctica").

Seguirán formándose estrellas gracias a colisiones estelares, aunque a un ritmo muy lento (aun así, se formarán bastantes astros gracias a ése sistema, por lo que durante al menos parte de ésta era una galaxia contendrá alrededor de 100 estrellas). Muy de vez en cuando, dos enanas marrones pueden colisionar, formando una nueva estrella; una enana roja que brillará 25 billones (2,5×10¹³) de años antes de convertirse en una enana blanca -constituyendo este proceso una manera de que nazcan estrellas, incluso cuando la formación estelar normal haya cesado mucho antes y que durará bastante tiempo, formando relativamente muchas estrellas (se ha estimado que durante esta época la galaxia que mucho antes fue el Grupo Local contendrá alrededor de 100 estrellas que consigan su energía gracias a la fusión del hidrógeno, nacidas gracias a ésas colisiones)-, al igual que dos enanas blancas (mejor dicho, enanas negras) formando una nueva enana blanca. Otros objetos mucho más exóticos que podrán formarse por este proceso -mediante la colisión de enanas blancas si se dan las condiciones adecuadas- son estrellas que fusionen helio o carbono en vez de hidrógeno (aunque su esperanza de vida será mucho menor que una estrella que fusione hidrógeno, respectivamente de unos cientos de millones de años y de un millón de años) además de supernovas de tipo I si la masa total de las dos estrellas supera el límite de Chandrasekhar, o incluso un GRB si colisionan dos estrellas de neutrones; en una galaxia oscura y empobrecida estos fenómenos -ya impresionantes hoy- serán realmente espectaculares.

Ésos fenómenos ocurrirán sobre todo en la parte central de las galaxias, e incluso tras la formación del mencionado agujero negro al destruir y absorber éste el resto de cadáveres estelares cercanos que no se hayan fusionado con él -brillando cómo un quasar durante mil millones de años antes de que la oscuridad y el frío vuelvan a envolverlo todo-, y también se producirán a escala supergaláctica, convirtiendo cada cúmulo de galaxias en un enorme agujero negro formado por la fusión de aquellos agujeros negros que antes fueron galaxias individuales y rodeado por un halo compuesto por aquellos cuerpos que han conseguido escapar.

Las interacciones gravitatorias y la contracción orbital debida a la emisión de energía en la forma de ondas gravitatorias ya mencionadas también acabarán por destruir los sistemas planetarios que puedan existir por aquel entonces, rompiendo sus órbitas y convirtiendo a los planetas en vagabundos sin rumbo a través de la oscuridad, o provocando que acaben por chocar con los cuerpos que orbitan; parece que únicamente los que orbiten enanas rojas -que no experimentan la fase de gigante roja-, cómo por ejemplo los de Gliese 876, son los que sufrirán este último destino.

Asimismo, si la materia oscura presente en los halos galácticos está compuesta por partículas como los WIMPs, dichas partículas acabarán por desaparecer vía aniquilación debida a colisiones entre ellos o debido a la captura por remanentes estelares. En este último caso, el efecto será la disminución de la masa de la galaxia -y una consecuente expansión de ella-, y que dichos remanentes estén más calientes de lo que cabría esperar, con una temperatura de apenas 5 grados sobre el cero absoluto.

Mucho más adelante, se producirá la desintegración de los protones y por tanto de la materia, un fenómeno predicho por las Teorías de la Gran Unificación. Éste fenómeno aún no ha sido observado experimentalmente, pero parece claro que acabará por producirse tarde ó temprano, incluso si las teorías antes mencionadas resultan ser incorrectas; las estimaciones de éste fenómeno varían entre 10³² y 10⁴¹ años en el primer caso y un intervalo mucho mayor en el segundo, que puede llegar a 10²⁰⁰ años.

En cualquier caso, el resultado de la desintegración de los protones es la producción de rayos gamma, y quizás electrones y positrones que consigan sobrevivir a la aniquilación mutua entre ellos al decaer dicha partícula así cómo unos pocos neutrinos, e incluso reacciones nucleares -aunque de producción de energía mucho menor comparada a la desintegración de los protones, ya de por sí bajísima (de apenas del orden de 400 vatios)- (los neutrones fuera de los núcleos atómicos ó de las estrellas de neutrones son inestables y se desintegran en apenas 15 minutos). Al ir disminuyendo la masa, las enanas blancas irán expandiéndose y llegará un momento en el cual sus masas serán insuficientes para seguir estando su materia en estado degenerado. Más adelante, ésos objetos acabarán por dejar de ser estrellas, pasando a ser cuerpos del tamaño de una roca mantenidos por fuerzas de Coulomb -las que mantienen cuerpos cómo planetas, etcétera- hasta acabar por desaparecer.

Las estrellas de neutrones evolucionarán de modo similar debido a la presencia de materia ordinaria en su corteza exterior, perdiendo progresivamente su degeneración y primero convirtiéndose en objetos parecidos a las enanas blancas y en adelante siguiendo una evolución similar a la de dichos cuerpos.

Finalmente, los planetas y otros cuerpos menores sufrirán también una desintegración parecida, descomponiéndose primero sus átomos constituyentes en elementos cada vez más simples hasta llegar al hidrógeno y luego desintegrarse.

A los 10³⁸ años en el futuro, toda la materia habrá desaparecido y sólo quedarán agujeros negros.

Ha habido también especulaciones sobre lo que ocurriría si los protones fueran absolutamente estables y no se desintegraran de los modos antes comentados. El efecto túnel, que hace que no se pueda calcular con total precisión la posición de un átomo, se encargaría de que dentro de 10⁶⁵ años los diamantes acabaran reducidos a esferas, así como de hacer que los sólidos se comportaran cómo si fueran líquidos (de modo que un pedazo de roca ó un diamante quedaría reducido a una esfera), e incluso provocar reacciones de fusión nuclear (una especie de fusión fría a temperatura ambiente) -pero extraordinariamente lentas- que harían que dentro de 10¹⁵⁰⁰ años prácticamente toda la materia -excepto las estrellas de neutrones- acabaría convertida en hierro (el elemento más estable de la naturaleza), después en neutrones, y mucho después -dentro de entre años y años-, casi toda ella (incluyendo las estrellas de neutrones ésta vez) habría colapsado formando agujeros negros; lo único que no acabaría bajo ésa forma serían minúsculas partículas de polvo de hierro.

3. ERA DE LOS AGUJEROS NEGROS

Una vez que los protones y los neutrones hayan desaparecido (excepto que la esperanza de vida de los primeros sea de las mayores predichas por la teoría) o que la materia haya colapsado si el protón es estable, prácticamente los únicos objetos que quedarán de la época actual en un universo muchísimo más grande, frío, y oscuro que el nuestro serán los agujeros negros. Ni siquiera ellos son inmortales, y decaerán mediante la emisión de radiación de Hawking. En esta era, poco más ocurrirá que la emisión de partículas debido a la progresiva "evaporación" de éstos, o la captura por ellos de alguna que otra partícula extraviada que producirá una emisión de rayos X. Al irse evaporando, la temperatura de los agujeros negros irá subiendo a la vez que van encogiendo y perdiendo masa, llegando un momento en el que brillarán cómo estrellas minúsculas para desaparecer poco después en una potente explosión, aunque según algunas teorías el agujero negro podría dejar una especie de "residuo" de características desconocidas. Los cálculos muestran que un agujero negro con la masa del Sol desaparecerá en 10⁶⁶ años, y uno con la masa de nuestra galaxia habrá dejado de existir dentro de 10⁹⁹ años, y otros más masivos en un tiempo superior. La era de los agujeros negros acabará con la desaparición de los últimos y más masivos de ellos -alrededor de 10¹⁰⁰ años en el futuro-. Con ello, desaparecerán del universo los últimos vestigios de lo que antes fueron estrellas y galaxias.

4. ERA OSCURA

Los procesos antes mencionados tienen lugar a una escala temporal desafiante para nuestra intuición, pero que no es nada en comparación con la "muerte eterna" que tendrá por delante tras la desaparición de los agujeros negros el universo de la era oscura: un lugar inimaginablemente enorme e increíblemente frío -a una temperatura de 10^-29 Kelvin-, vacío -en el que las radiaciones producidas tanto por el Big Bang como por los fenómenos antes descritos hace ya mucho tiempo habrán desaparecido presa de un enorme desplazamiento al rojo-, oscuro, en expansión desbocada (si continúa la tendencia actual), y en el que los únicos objetos existentes serán electrones, positrones, neutrinos, fotones, y quizás algunas partículas exóticas. Un proceso que podrá tener en ésta época es la aniquilación de electrones y positrones, pero que de continuar la expansión acelerada del universo apenas se producirá. De hacerlo, las partículas implicadas formarán átomos de positronio, orbitándose una alrededor de la otra a distancias comparables a las del radio actual del universo o incluso mayores, y acercándose en escalas temporales inimaginablemente largas hasta acabar por colisionar y desaparecer produciendo rayos gamma. Este fenómeno podría durar indefinidamente -aunque cada vez a menor escala-, por lo que quizás jamás se alcanzará el estado de "muerte térmica" en el universo y este escenario de oscuridad, vacío, y desolación fuera lo más cercano (y bastante) a ese concepto, pero también entra dentro de lo posible que el Universo acabe sufriendo un "Big Rip" o que sufra una "transición de fase" hacia un vacío verdadero.

Asimismo, es muy probable que la aparente pobreza de procesos físicos en una era tan lejana sea debida al desconocimiento de las leyes físicas que operan en unas condiciones tan extremas; en una época tan lejana y extrema, las fluctuaciones cuánticas acabarán por tener dimensiones macroscópicas y dejarán de funcionar las leyes físicas conocidas, no habiendo manera de saber qué le acabará por ocurrir al Universo en un futuro tan lejano (aunque ha habido algunas especulaciones como que la radiación no volverá a predominar sobre la materia como ocurrió en los primeros instantes del universo (en otras palabras, que incluso teniendo en cuenta la aniquilación mutua de los positrones y de los electrones siempre quedará cierta cantidad de "materia"), e incluso la posibilidad de que regiones del Universo colapsen sobre sí mismas y se vuelva a las condiciones existentes en la era del Big Bang. El físico Sean Carroll, por ejemplo, ha calculado que se necesitarán 10¹⁰⁵⁶ años para que una de esas fluctuaciones cuánticas genere un "Big Bang" como el que dio origen al universo.)

VIDA EN EL FUTURO DEL UNIVERSO

Sin entrar en las especulaciones realizadas por los autores de ciencia-ficción (por ejemplo, Isaac Asimov en su relato The Last Question (La Última Pregunta)) o las ideas altamente especulativas que hablan de crear "universos bebé" a partir de fenómenos cómo agujeros de gusano, algunos científicos como Freeman Dyson han especulado con el tipo de vida que podría existir en un futuro tan remoto como el descrito aquí. No cabe duda de que mientras existan estrellas, las formas de vida que pudieran existir no serían muy distintas a la vida existente actualmente -en el sentido de estar basadas en el carbono y conseguir su energía gracias a reacciones químicas-, pero los seres que existan en los lejanísimos futuros aquí descritos van a tener que enfrentarse a dos crisis: la desaparición de los cuerpos radiantes (estrellas), y sobre todo la desintegración de la materia.

Para afrontar la primera crisis se ha sugerido que una civilización muy avanzada podría "pastorear" nubes de gas interestelar, controlándola para que formara estrellas tal y como ellos desearan, e incluso llegar a controlar las órbitas de las estrellas alrededor del centro galáctico creando acumulaciones de cuerpos que utilizar posteriormente en provecho propio. Una sugerencia que se ha hecho es conseguir que por ejemplo dos agujeros negros colisionaran entre sí y aprovechar tanto la energía desprendida en dicha fusión como posteriormente de su propia rotación, o la desprendida al lanzar objetos en la órbita adecuada -incluyendo aprovechar de éste modo, quizás junto a otras civilizaciones muy avanzadas, la energía del gran agujero negro en el que quedaría convertida la galaxia-. De realizarse esto, llegaría un momento en el que la naturaleza estaría "tecnificada" y sería imposible distinguir lo natural de lo artificial; esto es algo que en teoría puede realizarse al no entrar en conflicto con las leyes físicas conocidas; lo único que se necesita es tiempo y en el futuro de un universo abierto lo habrá de sobra.

Para superar la segunda crisis, dichos seres deberían ser radicalmente distintos a las actuales, probablemente en la forma de entes enormes, muy poco densos -seguramente hechos de electrones y/o positrones-, y capaces de aprovechar los escasísimos recursos existentes, por ejemplo estando activos entre períodos cada vez más largos de hibernación y así indefinidamente -de modo que en cierto modo se alcanzaría la inmortalidad, ya que se ha estimado que una civilización con la complejidad de la nuestra gastaría con este sistema en toda la eternidad la energía que el Sol desprende en apenas unas horas-. Sin embargo, recientes investigaciones demuestran que ello no es posible y que cualquier ser de ese tipo tendría una vida finita, ya que por un lado, la aceleración del universo antes mencionada mantendría cada vez más alejados a esos seres y les impediría mantener comunicación entre ellos, y por otro no sólo el hecho de que el universo acabará por alcanzar una temperatura mínima haría que terminara por serles imposible disipar el calor producido por ellos, sino que los "despertadores" que puedan utilizar para salir de dicha hibernación tarde o temprano acabarían por fallar debido a efectos cuánticos y con ellos el ser que los utiliza no podría volver a despertar. Además, la temperatura del Universo acabaría por alcanzar cómo se ha dicho arriba 10^-29 grados Kelvin y no bajaría más, dando numerosos problemas a tales seres a la hora de deshacerse del calor producido en sus procesos metabólicos.

Una opción que también existe es la posibilidad de que puedan existir sistemas físicos capaces de procesar información sin gastar energía (por ahora, totalmente hipotéticos), y que no estarían sujetos a los problemas mencionados arriba. Sin embargo, es muy probable que un hipotético ser hecho de esa manera no pudiera interaccionar con el universo que le rodea, incluyendo recabar información de él -ya que ello supone gastar energía-, por lo que es muy probable que estuviera limitado a vivir y cómo mucho procesar (="soñar") una y otra vez sus recuerdos sin poder borrarlos (ya que ello requiere también usar energía), y sin tener percepciones del universo a su alrededor; de hecho, algunos autores dudan de que tal tipo de existencia se le pudiera llamar "vida".

BIG RIP

El Gran Desgarramiento o Teoría de la expansión eterna, llamado en inglés Big Rip, es una hipótesis cosmológica sobre el destino último del Universo.

La clave de esta hipótesis es la cantidad de energía oscura en el Universo. Si el Universo contiene suficiente energía oscura, podría acabar en un desgarramiento de toda la materia.

El valor clave es w, la razón entre la presión de la energía oscura y su densidad energética. A w < -1, el Universo acabaría por ser desgarrado. Primero, las galaxias se separarían entre sí, a 1000 millones de años del final. Luego la gravedad sería demasiado débil para mantener integrada cada galaxia, y 60 millones de años antes del fin, sólo habría estrellas aisladas. Aproximadamente tres meses antes del fin, los sistemas solares perderían su cohesión gravitatoria. En los últimos minutos, se desbaratarían estrellas y planetas. El Universo quedaría en átomos, pero no se habría acabado todo. Los átomos serían destruidos en una fracción de segundo antes del fin del tiempo y sólo quedaría radiación. El Universo sería como el Big Bang pero casi infinitamente menos denso.

A diferencia del Big Crunch, en el que todo se condensa en un solo punto, en el Big Rip el Universo se convertiría en partículas subatómicas flotantes que permanecerían para siempre separadas, sin cohesión gravitatoria ni energía alguna.

Los autores de esta hipótesis calculan que el fin del Universo, tal como conocemos, ocurriría aproximadamente 3,5 × 10¹⁰ años (35.000 millones de años) después del Big Bang, o dentro de 2,0 × 10¹⁰ años (20.000 millones de años).

Debido a que la materia sólo representa el 27% del Universo y el 73% restante está formado por la energía oscura, el Big Rip parece ser una de las teorías más aceptadas en la actualidad del fin del Universo.

Algunos científicos han sugerido que una civilización avanzada podría escapar del "Big Rip" mediante el uso de agujeros de gusano, sin embargo, otros estudios muestran que ello quizás sea imposible, y que nada más complejo que un protón podría conseguirlo.

BIG CRUNCH

En cosmología la Gran Implosión (también conocida como Gran Colapso o directamente mediante el término inglés Big Crunch) es una de las teorías que se barajan sobre el destino último del universo.

La teoría de la Gran Implosión propone un universo cerrado. Según esta teoría, si el universo tiene una densidad crítica superior a 3 átomos por metro cúbico, la expansión del universo, producida en teoría por la Gran Explosión (o Big Bang) irá frenándose poco a poco hasta que finalmente comiencen nuevamente a acercarse todos los elementos que conforman el universo, volviendo al punto original en el que todo el universo se comprimirá y condensará destruyendo toda la materia en un único punto de energía como el anterior a la Teoría de la Gran Explosión.

El momento en el cual acabaría por pararse la expansión del universo y empezaría la contracción depende de la densidad crítica del Universo; obviamente, a mayor densidad mayor rapidez de frenado y contracción -y a menor densidad, más tiempo para que se desarrollaran eventos que se prevé tendrían lugar en un universo en expansión perpetua-.

Fase de contracción

La fase de contracción y los procesos físicos que tendrían lugar en ella serían casi simétricos a la fase de expansión. En primer lugar, debido a la finitud de la velocidad de la luz, los astrónomos tardarían en ver cómo el desplazamiento al rojo de las galaxias distantes va desapareciendo primero de las más cercanas y finalmente de las más alejadas y se convierte en todas ellas en un desplazamiento al azul. La temperatura de la radiación cósmica empezaría a aumentar y llegaría un momento en el que sería idéntica a la actual, cuando el universo tuviera el mismo tamaño que hoy -aunque su evolución habría proseguido con el tiempo y no sería un universo cómo el actual, sino en el mejor de los casos un universo menos rico en estrellas y más abundante en cadáveres estelares-.

Esta fase de contracción seguiría inexorablemente, y con ella el aumento de la temperatura de dicha radiación. Llegaría un momento en que todas las galaxias se fundieran en una -aunque los choques entre estrellas serían aún raros-. Mientras, la temperatura del fondo de radiación iría subiendo y empezaría a poner en peligro la supervivencia de las formas de vida que existieran por entonces, en un principio las que vivieran en planetas de tipo terrestre. En un momento dado, dicha temperatura sería de 300 grados Kelvin, impidiendo a los planetas antes mencionados deshacerse del calor acumulado y acabando por hacerse inhabitables (un auténtico efecto invernadero a escala universal). Más adelante, y con una contracción cada vez más acelerada -y junto a ella un aumento desbocado de la temperatura de la radiación cósmica- el universo se convertiría en un lugar infernal e inhabitable -al menos para seres cómo nosotros y sin ayuda tecnológica- con temperaturas de miles de grados debido a una radiación cósmica a ésa temperatura y a colisiones entre estrellas al disponer éstas de cada vez menos espacio.

Al parecer, las estrellas serían en su mayoría destruidas no por colisiones entre ellas sino por el aumento de temperatura del universo. Éste llegaría a estar tan caliente que las estrellas no podrían deshacerse del calor acumulado en su interior y pasarían a absorberlo del exterior (cociéndose en cierto modo), hasta acabar por estallar. Tras ello, sólo quedarían agujeros negros (el principal hecho que diferenciaría la fase de contracción de la de expansión) y un plasma cada vez más caliente (muy distinto al existente tras el nacimiento del universo debido a que procedería de estructuras ya desaparecidas, por lo cual mostraría una gran asimetría en la densidad que presentara en diferentes puntos) en el que el aumento de temperatura destruiría primero los átomos y luego las propias partículas elementales, sólo dejando quarks. a la vez que los agujeros negros empezaban a fusionarse entre sí y a absorber materia hasta dar lugar a un único "super" agujero negro que significaría el fin del espacio, del tiempo, y de todo; del mismo modo que no tiene sentido preguntarse qué había "antes" de la Gran Explosión, tampoco puede preguntarse qué habría "después" del Gran Crujido.

Vida en un universo en contracción

Del mismo modo que se ha especulado con las posibles formas de vida existentes en un universo en expansión eterna, también se ha hecho lo mismo con las existentes en los momentos finales de un universo en contracción (durante los estados iniciales de dicha contracción, así cómo incluso ya avanzada ésta y gracias a la tecnología que pudieran desarrollar para adaptarse a las condiciones existentes por entonces, dichos seres vivos no serían muy distintos a nosotros -al menos en el sentido de estar basados en el carbono y basar su metabolismo en reacciones químicas-), y como en el primer caso, dichas formas de vida serían radicalmente distintas a nosotros. A diferencia del escenario de la expansión eterna, el problema aquí no es la falta de energía sino su exceso. De acuerdo con John Barrow y Frank Tipler, que han estudiado en detalle lo que ocurriría en las fases finales de un universo en contracción, un hipotético ser que existiera en ésas condiciones tan extremas tendría una tasa metabólica muy acelerada y por tanto una tasa de procesado de la información (es decir, una velocidad de pensamiento) también muy elevada, que al ir aumentando la temperatura iría aumentando (todo ello siempre y cuando pudiera deshacerse del calor producido por sus procesos metabólicos). Ello tendría como consecuencia que el tiempo subjetivo (el tiempo desde la perspectiva de tal ser) se alargaría considerablemente, de modo que mientras para un observador externo (que no podría existir) parecería que el universo se colapsaba en una fracción de segundo, para dicho ser podría tardar en ocurrir mucho tiempo, incluso en algunos casos que jamás ocurriría bajo la condición que el colapso del universo no fuera homogéneo, sino cómo parece más probable desigual (es decir, que la velocidad de contracción fuera distinta y variara).

Con tal capacidad de procesamiento de la información, tal "superser" no sólo sería capaz de pensar sobre él mismo y sobre el universo que le rodeara, sino que a la vez podría crear auténticos universos imaginarios; en el caso más optimista -de un tiempo subjetivo infinito-, tales pensamientos (y universos creados) también serían infinitos. Sin embargo, éste último caso depende de modelos que quizás no se cumplieran en las condiciones del colapso y no tienen en cuenta los efectos cuánticos, que seguramente prevalecerían sobre los gravitatorios en las últimas etapas de éste. Asimismo, Freeman Dyson ha argumentado que en un universo en contracción la temperatura aumentaría tanto y con tal rapidez que tal ser sería incapaz de deshacerse del calor desprendido por sus procesos metabólicos, con el resultado de que dichos procesos se detendrían y el ser acabaría por morir.

EL BIG BOUNCE

El Gran Rebote (Big bounce, en Inglés) es modelo científico relacionado con la formación del Universo conocido. Se deriva del modelo cíclico o Universo oscilante, interpretación del Big Bang donde el evento cosmológico primero fue el resultado del colapso de un universo anterior.

Expansión y contracción

Según algunos teóricos del Universo oscilante, el Big Bang fue simplemente el comienzo de un período de expansión al que siguió un período de contracción. Desde este punto de vista, se podría hablar de un Big Crunch, seguido de un Big Bang, o, más sencillamente, un Gran Rebote. Esto sugiere que podríamos estar viviendo en el primero de todos los universos, pero es igualmente probable que estemos viviendo en el universo dos mil millones (o cualquiera de una secuencia infinita de universos).

La idea principal detrás de la teoría cuántica de un gran rebote es que, a medida que se acerca la densidad al infinito, el comportamiento de la espuma cuántica cambia. Todas las llamadas constantes físicas fundamentales, incluida la velocidad de la luz en el vacío, no eran tan constante durante el Big Crunch, especialmente en el intervalo de estiramiento 10 ^-43 segundos antes y después del punto de inflexión. (Una unidad de tiempo de Planck es aprox. 10⁻⁴³ segundos.)

Si las constantes físicas fundamentales se determinaron en una manera quanto-mecánica durante la contracción "Big Crunch", entonces sus valores aparentemente inexplicables en este universo no serían tan sorprendentes, entendiendo aquí que un universo es el que existe entre un Big Bang y su Big Crunch.

Desarrollos recientes en la teoría

Martin Bojowald, profesor titular de física en la Universidad Estatal de Pensilvania, publicó un estudio pormenorizado en julio de 2007 en cierta manera relacionado a la gravedad cuántica de bucles que pretendía resolver matemáticamente el tiempo antes del Big Bang , lo que daría nuevo peso a las teorías del universo oscilatorio y del Big Bounce.

Uno de los principales problemas de la teoría del Big Bang es que en el momento del Big Bang, hay una singularidad de cero volumen y energía infinita. Esto normalmente se interpreta como el final de la física tal como la conocemos, en este caso, de la teoría de la relatividad general. Por ello, se espera que los efectos cuánticos se vuelvan importantes y eviten la singularidad.

Sin embargo, la investigación en cosmología cuántica de bucles pretendía demostrar que un universo existente previo colapsó, pero no hasta el punto de la singularidad, sino a un punto anterior a que, cuando los efectos cuánticos de gravedad llegan a ser tan fuertemente repulsivos que el universo "rebota", formando una nueva rama. A lo largo de este colapso y rebote, la evolución es unitaria.

Bojowald afirma también que algunas de las propiedades del universo que colapsó para formar el nuestro también se pueden determinar. Sin embargo, algunas propiedades del universo anterior no son determinables debido a algún tipo de principio de incertidumbre.

Este trabajo está todavía en sus primeras etapas muy especulativas. Algunas adiciones de otros científicos más han sido publicados en la revista Physical Review,Letters.

Peter Lynds ha presentado recientemente un nuevo modelo cosmológico en la que el tiempo es cíclico. En su teoría nuestro Universo finalmente detiene la expansión y a continuación comienza la contracción. Antes de convertirse en una singularidad, como cabría esperar de la teoría del agujero negro de Hawking, el universo rebotaría justo antes de que se convierta en una singularidad. Lynds considera que una singularidad violaría la segunda ley de la termodinámica y esto impide que el universo sea atrapado por las singularidades. El Big Crunch podría evitarse con un nuevo Big Bang. Lynds considera que la historia exacta del Universo se repetiría en cada ciclo. Algunos críticos piensan que aunque el Universo pueda ser cíclico, las historias de todos serían variantes, unas de otras.

Objeciones

Una de las principales objeciones para el Big Bounce es la evidencia que ha ido acumulando de que nuestro universo está destinado a un Big Freeze o muerte térmica en lugar de un Big Crunch. Sin embargo, esta evidencia no excluye la posibilidad de que nuestro Big Bang fue precedido por el último Big Crunch, por lo menos la última en nuestra vecindad.

Otra objeción importante es que un gran rebote podría revertir la entropía por restablecer el estado del universo, violación de la segunda ley de la termodinámica. Además, el colapso en una singularidad destruiría la mayor parte de la información en el universo anterior.

Por otra parte, sigue siendo una posibilidad que una mejor comprensión de la espuma cuántica pueda dar lugar a una re-interpretación de las pruebas sobre el destino de nuestro universo.

VIDA EN UN UNIVERSO MORTAL

La hipótesis de la inteligencia eterna de Dyson propone que una civilización avanzada podría sobrevivir durante un periodo de tiempo infinito consumiendo sólo una suma finita de energía. Tal civilización alternaría breves periodos de actividad con largos periodos de hibernación.

Esfera de Dyson

John Barrow y Frank Tipler (1986) propusieron el principio del final antrópico: la emergencia de vida inteligente es inevitable y una vez que la vida llegue a estar en alguna parte del Universo, nunca morirá. Barrow y Tipler van incluso más allá: el destino eventual de la vida inteligente es extenderse y controlar el Universo entero en todos los aspectos menos uno: la inteligencia no puede parar el Big Crunch. Además, no se querría hacer de esta manera porque la fuente principal de energía del Universo al experimentar un Big Crunch será una mancha caliente en el cielo surgiendo de una contracción asimétrica del Universo. Se especula con que la asimetría necesaria sería ingeniada por alguna forma de vida inteligente.

El escenario del punto Omega de Tipler (Tipler 1994) concluye que el contrario de la eterna inteligencia sería el caso de una civilización en los instantes finales de un Big Crunch. Tal civilización, en efecto, experimentaría una suma infinita de tiempo "subjetivo" durante la vida finita restante del Universo, usando la enorme energía de la implosión para acelerar el tratamiento de la información más deprisa que la alternativa de la singularidad final.

Aunque es posible en teoría, no está claro si existirá alguna vez tecnología que haga que estos escenarios sean factibles. Además, las soluciones efectivas pueden ser indistinguibles desde el presente estado del Universo. En otras palabras, si los humanos no pueden parar el Universo del colapso, al menos podrán utilizar la energía del colapso para simular futuros Universos que se parecerían al final del Universo, pero con escalas de tiempo artificiales o comprimidas.

Los recientes trabajos en cosmología inflacionaria, la teoría de cuerdas y la mecánica cuántica han movido la discusión del destino final del Universo en distintas direcciones desde los escenarios establecidos por Dyson y Tipler. El trabajo teórico de Eric Chaisson y David Layzer encuentra que una expansión del espacio-tiempo da pie a un salto de entropía creciente, pone en duda la hipótesis de la muerte caliente del Universo. Invocando el trabajo de Ilya Prigogine en termodinámica lejos del equilibrio, sus análisis sugieren que este salto de entropía puede contribuir a la información y así a la formación de estructuras.

Mientras tanto, Andrei Linde, Alan Guth, Edward Harrison y Ernest Sternglass argumentan que la cosmología inflacionaria fuertemente sugiere la presencia de multiversos y que sería práctico incluso con el conocimiento actual para los seres inteligentes generar y transmitir información de novo a un Universo distinto. Alan Guth ha especulado que una civilización en la cima de la escala de Kardashev puede crear universos personalizados como continuación de la evolución de la existencia, el crecimiento y la multiplicación. Además, el reciente trabajo teórico sobre el problema sin resolver de la gravedad cuántica y el principio holográfico sugieren que las cantidades físicas tradicionales se pueden describir por sí mismas, se pueden describir en términos de intercambios de información, que en cambio hace que aparezcan las preguntas sobre la aplicabilidad de los modelos cosmológicos antiguos.

    Actualizado el 20/12/2009          Eres el visitante número                ¡En serio! Eres el número