Inflación sin inflatón: un científico español propone una teoría revolucionaria sobre el origen del Universo

Fueron las ondas gravitacionales, y no las hipotéticas partículas llamadas 'inflatones', las responsables de la súbita 'inflación' que tuvo lugar en los primeros instantes del Universo. Igual que las olas del mar modelan las costas, esas ondulaciones en el tejido mismo del espacio-tiempo colocaron al cosmos recién nacido en el camino que lo llevó a convertirse en lo que vemos en la actualidad. Una idea ciertamente revolucionaria, plasmada en un artículo titulado 'Inflación sin inflatón' recién publicado en 'Physical Review Letters' por un equipo de investigadores dirigido por el español Raúl Jiménez, investigador de ICREA en el Instituto de Ciencias del Cosmos en la Universidad de Barcelona, en estrecha colaboración con científicos de la universidad italiana de Padua.

Durante décadas, la teoría de la inflación cósmica ha sido la piedra angular que nos permite entender, por lo menos en parte, el misterio del origen del Universo. Se trata de un modelo que, en esencia, nos dice que el Universo, en sus primeros instantes, creció de forma explosiva, expandiéndose a una velocidad inimaginable en apenas una fracción de segundo. Sin esa súbita expansión sería imposible explicar, por ejemplo, por qué a pesar de las increíbles distancias la temperatura media del Universo y la forma en que en él se distribuye la materia son uniformes, es decir, igual en todas partes. Esas regiones nunca habrían podido 'compartir' esas propiedades si previamente no hubieran estado en contacto. Es decir, si una pequeña región que ya era uniforme y que ya estaba en equilibrio térmico desde el principio no se hubiera expandido rápidamente hasta abarcar el Universo entero. Esa especie de 'estirón' cósmico, dice la teoría, fue lo que allanó el camino para la formación de todo lo que vemos hoy.

Sin embargo, a pesar de su éxito, la teoría de la inflación cósmica tiene un 'talón de Aquiles' que los físicos conocen bien: su excesiva dependencia de parámetros que son ajustables. Es decir, la inflación, en su formulación más extendida, necesita de la existencia de un campo hipotético, el inflatón, del que no tenemos ni una sola prueba experimental. Además, para que el modelo encaje con las observaciones, hay que 'tocar' y ajustar una serie de parámetros, lo que para muchos científicos es un problema.

En el mundo de la ciencia, en efecto, se considera que un modelo es más robusto cuanto menos haya que manipularlo para que funcione. Y al contrario, un modelo que encaja perfectamente con los datos, pero solo después de haber ajustado mil y una variables, se parece más a un traje hecho a medida que a una ley universal de la Naturaleza.

Y aquí es donde entra en juego la nueva y audaz idea propuesta por Raúl Jiménez y sus colegas. Su teoría no necesita recurrir al inflatón, ni a ningún otro ingrediente exótico para funcionar. En su lugar, sugiere que las propias fluctuaciones cuánticas del espacio-tiempo, en forma de ondas gravitacionales, fueron suficientes para sembrar las semillas de las estructuras cósmicas que vemos en la actualidad. Se trata de una idea elegante y minimalista, que usa solo dos ingredientes esenciales: la gravedad y la mecánica cuántica.

En un Universo que se expande de forma acelerada, un concepto que encaja perfectamente con lo que vemos hoy en día debido a la acción de la energía oscura, esas pequeñas oscilaciones de 'la nada', ocurren continuamente y son algo natural. Y esas fluctuaciones se manifiestan como ondas gravitacionales que se propagan, chocan e interactúan.

A través de complejos cálculos, el equipo de Jiménez consiguió demostrar en su estudio que esas diminutas ondas gravitacionales, a medida que interactúan entre sí, pueden generar las variaciones de densidad necesarias para que, con el tiempo, la gravedad haga su trabajo y de lugar a las estructuras que conocemos. El resultado final es un modelo que genera un espectro de perturbaciones (las diferencias de densidad) consistente con lo que observamos en el Fondo Cósmico de Microondas, el eco del Big Bang. Y lo hace sin la necesidad de postular nuevas partículas. Como apunta el propio Jiménez, «estamos demostrando que la gravedad y la mecánica cuántica pueden ser suficientes para explicar cómo surgió la estructura del cosmos».

La propuesta de Jiménez y su equipo, aunque no es la única alternativa (están, entre otras, la 'cosmología de cuerdas' el 'Big Bounce', o la 'Gravedad cuántica de Lazos'), destaca por su sencillez y, sobre todo, porque es verificable. Como señala el propio Jiménez, «la ciencia, en su máxima expresión, es la capacidad de hacer predicciones claras que futuras observaciones puedan confirmar o rechazar».

Por supuesto, también la teoría 'clásica' de la inflación hace predicciones, pero resulta difícil de verificar, ya que su propia flexibilidad y adaptabilidad juega en su contra. La nueva propuesta, sin embargo, es mucho más restrictiva. Y si es correcta, deberíamos ser capaces de comprobarla con las próximas generaciones de telescopios y experimentos, actualmente en construcción. La clave está en ser capaces de detectar las llamadas ondas gravitacionales 'primordiales', algo que hoy por hoy aún no se ha conseguido.

De hecho, los detectores actuales de ondas gravitacionales, como LIGO y Virgo, detectan ondas muy 'bastas', las que proceden de eventos de extrema violencia, como la colisión de agujeros negros o la explosión de estrellas. Pero la 'huella' de las ondas gravitacionales primordiales sobre las que se basa el modelo de Jiménez sería mucho más sutil, de una frecuencia mucho más baja y fuera del alcance de los instrumentos actuales. Algo que proyectos futuros, como el telescopio espacial LISA, o la búsqueda de ondas gravitacionales a través de la observación de púlsares podrían, resolver, y ser capaces por tanto de confirmar o descartar la fascinante idea del científico español.

Si finalmente la teoría de Jiménez se confirma, no solo nos daría una visión más elegante del origen del cosmos, sino que abriría también un nuevo capítulo en nuestra comprensión sobre sus primeros instantes de existencia. Nos diría que, a veces, la respuesta no está en lo exótico y lo inexplorado, sino en lo más profundo de la física que ya conocemos. Toda una lección de humildad y una muestra de la belleza intrínseca del Universo.