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 al año 1990, algunas de las observaciones de estos cúmulos parecían ser inconsistentes con el modelo del Big Bang: determinadas simulaciones numéricas predecían una antigüedad de unos 15 000 millones de años para dichos objetos, mayor que la del mismo universo. El progreso en la comprensión de la dinámica y la evolución de los cúmulos globulares ha mejorado las estimaciones de su edad, que ya parece ser compatible con la del Big Bang. Sin embargo, los márgenes de error en los cálculos son aún lo suficientemente grandes para considerar el problema definitivamente resuelto.
1.4. HIPÓTESIS ALTERNATIVAS A LA TEORÍA DEL BIG BANG
Además de los problemas que hemos presentado en el epígrafe anterior, el modelo del Big Bang es problemático respecto de la cuestión del origen del tiempo. Dentro del marco de la teoría de la relatividad hay teoremas matemáticos que, para condiciones muy genéricas, demuestran la existencia inevitable de una singularidad en el espacio-tiempo del universo para valores finitos del tiempo (es decir, dentro de una historia del universo que está acotada y no es infinita). Por singularidad ha de entenderse una situación en que las magnitudes físicas relevantes se hacen infinitas o dejan de estar bien definidas: el modelo deja de funcionar.
Este orden de cosas ha llevado a un buen número de científicos a intentar mejorar el modelo del Big Bang con hipótesis alternativas, que puedan resolver el problema de la singularidad en el origen del tiempo. Son hipótesis que buscan ir más allá del Big Bang, tanto en el sentido de avance científico como en el de la búsqueda de un escenario físico anterior —al menos conceptualmente— al Big Bang. Casi todos estos modelos se apoyan en teorías de gravedad cuántica que, hoy por hoy, son incompletas y no poseen ningún apoyo empírico. Sin embargo mantienen el interés científico por su eventual mayor simplicidad explicativa y posibilidad de contrastación experimental.
1.4.1. La propuesta de Hartle y Hawking
James Hartle (1939-) y Stephen Hawking (1942-) han propuesto una extensión del modelo el Big Bang en el que no habría una singularidad al comienzo del tiempo. Al igual que el espacio podría curvarse sobre sí mismo sin que se llegara a una frontera abrupta,7 con el tiempo podría suceder algo similar. Conforme nos acercáramos al Big Bang, la dimensión temporal se curvaría sin que llegásemos a encontrar un punto singular. Una analogía válida podría ser la siguiente: imaginemos un cono invertido, cuya superficie representa el espacio-tiempo del universo. El tiempo avanza hacia arriba, en el sentido en que se abre cada vez más el cono. Todos los puntos del cono pueden describirse entonces de manera unívoca mediante dos variables, una espacial y otra temporal. Ahora bien, si retrocedemos en el eje del tiempo, todos los puntos del cono colapsarían en un punto singular: el vértice. La idea de Hartle y Hawking es que el espacio-tiempo representado por el cono no tuviese ese inicio abrupto en el tiempo, en punta, que ocurre en el vértice. En las cercanías del vértice, el cono podría suavizarse o redondearse, de forma que el vértice dejase de ser tal y se convirtiera en un conjunto de puntos que formaran una superficie suave, sin punta. El precio a pagar por evitar la singularidad temporal es que, en esa zona, el tiempo dejaría de tener el significado que le atribuimos en la física ordinaria. De hecho, el modelo de Hartle y Hawking conlleva una serie de dificultades técnicas añadidas, al tener que usar una variable temporal con valores imaginarios que hacen dudar de su aplicación a la geometría del universo que conocemos.
1.4.2. La hipótesis de los multiversos
La hipótesis de los multiversos sugiere que el Big Bang no es más que el crecimiento exponencial de un universo dentro del enorme conjunto de todos los universos posibles (compatibles con las leyes fundamentales de la física). El Big Bang no sería propiamente dicho un comienzo, puesto que provendría de una especie de humus de universos (cada uno con sus constantes cosmológicas y sus leyes físicas particulares), de los que solo algunos como el nuestro llegan a expandirse. Si bien todo ello suena exótico, dentro del marco de las teorías de supercuerdas es posible dar una cierta consistencia teórica a la hipótesis utilizando seis o siete dimensiones más de las tres espaciales y una temporal que percibimos, así como las propiedades de los espacios de Calabi-Yau.
Aunque resulta muy controvertida la mera posibilidad de chequear experimentalmente la existencia de universos paralelos al nuestro, algunos científicos, como Max Tegmark (1967-), defienden la relevancia de la hipótesis, al ser una consecuencia directa de determinados modelos teóricos de gravedad cuántica aplicada a la cosmología. Otros físicos teóricos, como Lee Smolin (1955-), han criticado la hipótesis no solo por la aparente imposibilidad de ser falsificada empíricamente, sino por sus inconsistencias teóricas. La posibilidad de la existencia de universos paralelos ya había sido pensada por algunos filósofos siglos atrás, pero por ahora, y parece que por mucho tiempo más, todas estas teorías son puramente especulativas desde el punto de vista científico.8
1.4.3. Los universos cíclicos y la cosmología cíclica conforme
Una versión atenuada de los multiversos es la que considera no una existencia en paralelo de diferentes tipos de mundos, sino una secuencia temporal de universos, de los que unos son en cierto sentido padres y otros hijos. Nuestro universo sería una etapa o especie más dentro del gran árbol
