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la de una silla de montar), de curvatura positiva (como la de una esfera) o de curvatura cero (como la del espacio euclídeo habitual, con el que estamos familiarizados). Que se dé uno u otro tipo depende, a grandes rasgos, de la densidad total de energía del universo: de la proporción entre energía cinética, que se corresponde con la inercia de la expansión, y energía potencial, que depende de la cantidad total de materia y energía del cosmos. La curvatura del universo sería negativa si la energía cinética es mayor que la potencial, positiva si la energía cinética es menor que la potencial, y cero si la energía cinética y la potencial se compensan exactamente. A la densidad de materia y energía necesaria para esto último se la conoce como densidad crítica.

      El problema es que, si en los inicios del universo la curvatura era distinta de cero, su valor debería haber crecido exponencialmente con el tiempo. Sin embargo, lo que observamos experimentalmente es un universo prácticamente plano de curvatura cero. Si se hacen algunos cálculos, eso implicaría que el universo naciente debía tener exactamente la densidad crítica, con una precisión de una parte en 10¹⁴, o no podría haber llegado a existir como lo conocemos hoy. ¿Por qué ese valor? Una solución al problema podría venir de la teoría inflacionaria: durante el período inflacionario, el espacio-tiempo se habría estirado de tal manera que su geometría —con independencia del valor que la curvatura hubiese tenido antes— resultó suavizada hasta quedar prácticamente plana.

       1.3.3. La materia oscura

      En el último cuarto del siglo XX, diversas observaciones demostraron que no hay suficiente materia visible en el universo que observamos para explicar las interacciones gravitatorias que se dan entre las galaxias y dentro de ellas mismas. Por una parte, si se consideraba que toda la materia del universo era la que se veía, se llegaba a importantes contradicciones con otros resultados experimentales (p. ej., la cantidad de materia visible está muy por debajo de la necesaria para la densidad crítica que parece tener el universo). Por otra parte, al medir la velocidad de las estrellas que se encuentran en la parte más exterior de las galaxias, el resultado era bastante mayor de lo esperado en comparación con los cálculos que tienen en cuenta el campo gravitatorio de toda la materia visible de la galaxia.

      La conclusión que se ha impuesto en la comunidad científica es que hay más materia en el universo que la que se puede ver porque emite luz. Hoy día se considera que en torno al 90 % de toda la materia que debe existir en el cosmos es materia oscura (no emite luz). Se asume que la localización principal de dicha materia es en el halo de las galaxias (lo que explicaría las velocidades anómalas de las estrellas más exteriores), pero no se entiende cuál puede ser su composición, pues si fuera materia como la que conocemos en nuestra planeta, debería poder detectarse su radiación. La evidencia experimental de la materia oscura proviene únicamente de sus innegables efectos gravitacionales. La física de altas energías ha propuesto diversos candidatos teóricos para este tipo de materia, y están en marcha algunos proyectos para poder detectarla de manera directa. Pero, hoy por hoy, ninguna materia oscura se ha observado en los aceleradores de partículas.

       1.3.4. La energía oscura

      Las medidas más recientes del desplazamiento hacia el rojo de la luz emitida por un tipo de supernovas indican que el universo no solo se está expandiendo, sino que lo está haciendo de manera acelerada: su tasa de expansión crece conforme pasa el tiempo. Para explicar este fenómeno, el modelo del Big Bang necesita que la mayor parte de la energía presente en el universo contenga un componente de presión negativa. Se trataría de algo similar a la energía que contiene un muelle comprimido más allá de su posición de equilibrio, que le hace expandirse al ser liberado. La naturaleza concreta de esta energía que permea todo el espacio resulta ser uno de los grandes misterios para la teoría del Big Bang, de ahí que haya sido denominada como energía oscura.

      La opinión común de los científicos es que el origen de la energía oscura tiene que ver con el origen mismo del cosmos. La energía oscura sería una energía de vacío (la energía fundamental que ha de tener todo sistema físico por el hecho mismo de existir) del espacio-tiempo; una especie de constante cosmológica, al estilo de la que quiso inicialmente introducir Einstein en sus ecuaciones. No obstante, para poder seguir avanzando en esa línea, sería necesario tener una teoría cuántica de la gravedad que unifique toda la física. A pesar de muchos intentos en esta dirección, no existe en la actualidad ninguna teoría cuántica de la gravedad universalmente aceptada por la comunidad científica. Los datos experimentales, por su parte, apuntan a que la suma de toda la materia y energía visibles del universo, más la materia y la energía oscuras, alcanza precisamente la densidad crítica que se necesita para tener un universo de geometría plana. En concreto, la distribución actual de toda la materia y energía del universo que da lugar al 100 % de la densidad crítica sería la siguiente: 70 % de energía oscura, 25 % de materia oscura, 4,5 % de materia visible regular (estrellas y planetas junto a hidrógeno y helio libres) y 0,5 % de neutrinos y elementos pesados. Pero no existe hoy por hoy ningún cálculo teórico que explique esos valores.

      Se supone, además, que la densidad de energía oscura permanece constante a pesar de la expansión del universo, de modo que su peso relativo en la distribución de materia y energía que da lugar a la densidad crítica irá aumentando (pues la densidad de materia irá disminuyendo). En cualquier caso, resulta digno de mención que aproximadamente el 95 % de la materia y energía que forman el universo sean actualmente desconocidas dentro del modelo estándar del Big Bang.

       1.3.5. Otros problemas

      Los problemas que acabamos de estudiar pueden considerarse como los más importantes dentro del marco conceptual del Big Bang. No obstante, existen además otra serie de problemas, de menor entidad, que también concentran la atención de los investigadores:

      • Ausencia de monopolos magnéticos. Mientras que en la naturaleza pueden existir cargas positivas y negativas por separado (pensemos, por ejemplo, en un protón o en un electrón aislados) como fuentes de la interacción eléctrica, nunca se ha observado tal fenómeno para el magnetismo: todos los imanes tienen un polo norte y un polo sur (análogos a la carga eléctrica positiva y negativa), pero no existen polos norte y polos sur (monopolos magnéticos) por separado. Así lo predicen también las ecuaciones de Maxwell, que unifican la interacción electromagnética.

      Sin embargo, las teorías físicas más recientes predicen la aparición de monopolos magnéticos en los primeros momentos de un universo extremadamente denso y caliente, como defectos topológicos del espacio tiempo. ¿Por qué no los vemos en la actualidad? El modelo inflacionario podría dar una respuesta asumiendo que el enorme estiramiento inicial del universo eliminaría todos los defectos topológicos (y por consiguiente los monopolos magnéticos) de la geometría del espacio-tiempo. Otras explicaciones también son posibles, aunque gozan hoy en día de menor popularidad.

      • La asimetría materia-antimateria. Cada partícula fundamental de la que está hecha la materia —quarks y leptones— posee una especie de imagen especular de ella misma, llamada antipartícula. Las partículas y sus antipartículas tienen signo opuesto en algunas de las propiedades que las definen. Así, por ejemplo, la antipartícula del electrón es el positrón (con carga positiva en vez de negativa). En principio, el universo no debería ser más favorable a la materia que a la antimateria, pero, curiosamente, observamos un universo compuesto casi exclusivamente por materia (la antimateria ha de ser producida artificialmente en condiciones muy especiales). ¿Por qué? ¿Es realmente así? ¿Existen zonas del universo aún desconocidas que están compuestas únicamente por antimateria?

      No se entiende por qué el cosmos tiene más materia que antimateria. Existen hipótesis que sugieren que, al comienzo del universo, mediante procesos físicos aún no bien comprendidos, como la bariogénesis, se produjo una asimetría fundamental entre partículas y antipartículas, de manera que solo la materia compuesta por partículas ha logrado perdurar hasta nuestros días.

      • La edad de los cúmulos globulares. Los cúmulos globulares son aglomeraciones de una enorme cantidad de estrellas que orbitan en torno a las galaxias. Resultan ser de los objetos más antiguos en el universo. En torno

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