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de tiempo más tarde, la temperatura habrá descendido a solo unos cientos de millones de grados, momento en el que el protón y el neutrón se pueden unir para formar el núcleo de un átomo de deuterio (isótopo del hidrógeno), que ya es estable. Y la presencia del deuterio es clave para que, mediante otras reacciones nucleares, puedan empezar a formarse núcleos del átomo de helio. Es lo que se conoce como nucleosíntesis primordial. Si se realizan los cálculos de las proporciones esperadas, teniendo en cuenta la tasa de expansión y enfriamiento del universo prevista por la teoría, se obtienen los números que hoy día observamos.

      Más aún, utilizando el modelo del Big Bang, es posible calcular la concentración de helio-4, helio-3, deuterio y litio-7 en relación con la cantidad total de hidrógeno que existe en el universo. Los cálculos —realizados a partir de 1948 por Ralph Alpher (1921-2007), Hans Bethe (1906-2005) y Gamow (1904-1968)— reproducen con enorme precisión las proporciones relativas de dichos elementos, de modo que la teoría del universo caliente y en expansión resulta la única explicación conocida para los datos de que se dispone. Después, cuando se comienzan a comprender los procesos de formación de los núcleos más pesados, producidos en el interior de las estrellas por las condiciones especiales de presión y temperatura que allí existen, se puede ir reconstruyendo el resto de la historia. El mundo de lo más pequeño y el mundo de lo más grande se unen para ir completando la teoría actual sobre la evolución del universo.

       1.2.4. La anisotropía de la radiación de fondo y la formación de las galaxias

      Como señalábamos antes, la radiación de fondo de microondas es el dato experimental más importante para el estudio científico sobre los orígenes del universo. Desde su descubrimiento, diversos telescopios y sondas espaciales —como el Cosmic Background Explorer (1989), la Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (2001) y el Planck Spacecraft (2009)— han recogido esta radiación de manera cada vez más precisa. Después del descubrimiento de Penzias y Wilson, la preocupación de los científicos era la extraordinaria isotropía de la radiación de fondo: prácticamente idéntica en todos los lugares del espacio donde se medía. Esto era preocupante, porque, si el universo en sus primeros momentos era tan homogéneo como apuntaba la radiación de fondo, ¿cómo habían llegado a formarse las estructuras de materia (agujeros negros, galaxias, estrellas, planetas…) que hoy observamos? ¿Por qué en determinados lugares del cosmos existen esos conglomerados de materia, mientras que la mayoría del espacio parece vacío?

      Los fotones que componen la radiación de fondo ofrecen una imagen directa de cómo era el universo en sus primeras épocas. Gracias a nuevas medidas más precisas, se ha detectado que dicha radiación posee una anisotropía intrínseca (es decir, la radiación no es idéntica en todos los lugares), de una parte en cada cien mil para una temperatura media de 2,726 K. Estas pequeñísimas variaciones en la intensidad de la radiación de fondo a lo largo y ancho del cielo indican cómo estaban distribuidas la materia y la energía cuando el universo era aún muy joven: había la suficiente inhomogeneidad para que, con el paso del tiempo y mediante los efectos de la gravedad, los pequeños grumos de materia pudieran desarrollarse hasta dar lugar a la estructura a gran escala del universo que contemplamos en la actualidad.

      Una buena parte de la cosmología física contemporánea se dedica a estudiar el modo preciso de formación de las galaxias dentro del modelo estándar. Aunque quedan bastantes detalles por entender, las observaciones sobre la formación de estrellas y las distribuciones de galaxias, cuásares y cúmulos de galaxias están de acuerdo con las simulaciones numéricas que pueden hacerse acerca de la formación de estructuras en un universo procedente del Big Bang.

      En resumen, la evolución del universo tal y como es descrita por la teoría del Big Bang (dentro del marco general de la teoría de la relatividad y el modelo estándar de partículas) es aceptada por la inmensa mayoría de los científicos y especialistas en cosmología. Sabemos a ciencia cierta que el universo visible se expande y se enfría, y que algunas etapas de la gran explosión inicial tienen una verificación experimental muy firme, pero quedan aún incógnitas por despejar y problemas por resolver dentro del actual modelo cosmológico.

      1.3. PROBLEMAS SIN RESOLVER EN EL MODELO COSMOLÓGICO ESTÁNDAR

      Como decíamos, a pesar del gran éxito de la teoría del Big Bang, este modelo no explica algunas cuestiones muy relevantes, tanto desde el punto de vista teórico como experimental, acerca del origen y la evolución del universo. Hasta cierto punto, es lógico que suceda así. La ciencia avanza poco a poco generando marcos conceptuales nuevos que mejoran a los anteriores, pero que suscitan a su vez nuevos interrogantes. Presentaremos ahora una pequeña muestra de algunos de los problemas sin resolver dentro del modelo.

       1.3.1. El problema del horizonte y el modelo inflacionario

      Si la radiación de fondo es prácticamente igual en todo el universo que alcanzamos a observar, esto solo podría explicarse porque todas las regiones del universo estuvieron juntas, en equilibrio dinámico, en los momentos iniciales. Ahora bien, el tiempo transcurrido desde el origen del universo se calcula en unos 13 700 millones de años, mientras que el radio (el horizonte) del universo que actualmente conocemos (se da por supuesto que hay más, pero aún no ha dado tiempo a que su luz llegue hasta nosotros) es de unos 46 000 millones de años luz. ¿Cómo es posible entonces que todo el universo esté termalizado, como parece indicar la homogeneidad de la radiación de fondo, si la información no puede viajar a una velocidad mayor que la de la luz?

      O bien el universo es más grande de lo que debería ser, o bien no todas sus regiones estaban en contacto en sus inicios. Mas si esto último fuese cierto, ¿cómo es posible que regiones que no han estado en contacto tengan la misma temperatura? Ante este problema, conocido como problema del horizonte, científicos como Alan Guth (1947-) propusieron la hipótesis del modelo inflacionario. Se trata de un añadido a la teoría inicial del Big Bang, que postula que el universo sufrió una enorme expansión (un tremendo hinchamiento de varias decenas de órdenes de magnitud), poco tiempo después de nacer (en torno a los 10^-36 s), en un gigantesco proceso exponencialmente acelerado, que hizo que las regiones del universo inicialmente en contacto y equilibrio térmico se separan enormemente. Esto explicaría la homogeneidad de la radiación de fondo. El universo, al ir enfriándose, pasó en el momento de la inflación por una especie de «transición de fase»: como un líquido subenfriado por debajo de los cero grados que, de repente, se congela cambiando radicalmente su aspecto y liberando una gran cantidad de energía.

      Si la inflación ocurrió, la expansión exponencial del universo haría que quedasen todavía enormes regiones del espacio más allá de nuestro horizonte de observación. Pero la causa física de ese enorme crecimiento está actualmente en discusión, pues no se sabe aún lo suficiente para poder explicar por qué habría ocurrido. No obstante, si el proceso inflacionario tuvo verdaderamente lugar, tendría que haber producido ondas gravitacionales (pequeñas ondulaciones del mismo espacio que llegarían hasta nosotros como las olas que llegan a la playa después de una gran tormenta en el centro del océano). La medición directa de dichas ondas no es fácil, y solo podríamos conocerlas indirectamente por los efectos que habrían dejado en la radiación de fondo que viaja a caballo de ellas (como los restos que dejan las olas en la arena). Esta parecía ser la última medición importante que ha tenido lugar en el campo de la cosmología en el año 2014. El equipo del físico y astrónomo John Kovac (1970-) detectó patrones espirales de polarización en la luz de la radiación de fondo registrada por el telescopio Bicep2 en la Antártida, algo que se considera un indicio incuestionable de la presencia de ondas gravitacionales⁶ amplificadas durante el período inflacionario. De confirmarse dichas medidas, el modelo inflacionario del Big Bang pasaría a ser el modelo estándar del origen del universo. Sin embargo, en el momento de escribir, dicha interpretación comienza a ser rechazada por la mayoría de los expertos, al considerar que las mediciones se ven afectadas de modo crítico por los efectos del polvo intergaláctico.

       1.3.2. El problema de la planitud del cosmos

      Cuando hablamos de los posibles universos dinámicos que satisfacen las ecuaciones de Einstein, nos referimos anteriormente a tres posibilidades: un universo abierto,

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