La ciencia puede explicar cómo se formó el universo y como se creó la materia, ¿pero aún no puede explicar por qué se creó?

Se postula que todo lo que conocemos hoy se habría formado hace unos 14.000 mil millones de años. En el punto de partida “tiempo cero” habría existido una enorme cantidad de energía concentrada en un espacio muy pequeño y con una enorme “densidad”. Todo el universo concentrado en un espacio del tamaño de un átomo.    

Hace 25 siglos, el filósofo griego Demócrito de Abdera, discípulo de Leucipo, propuso que la materia estaba constituida por partículas pequeñas e indivisibles. De esta forma, puede atribuirse a Demócrito la primera concepción “atomista” del universo; quedaba sentada la idea, de que los átomos eran las ultimas partículas presentes en la materia e indivisibles.

Pasados 2500 años, desde el universo atomista de Demócrito, en el año 1897 el científico Joseph Thompson, trabajando con “tubos de descarga” descubrió que los átomos del gas residual que quedaba en el tubo una vez hecho vacío en su interior, estaba constituido por partículas “subatómicas” cargadas eléctricamente y que eran atraídas hacia el campo magnético positivo de un imán, por lo tanto, tenían carga negativa.

El descubrimiento del electrón, una partícula subatómica, dejaba atrás la idea de la indivisibilidad del átomo. Estas partículas con carga negativa están presentes en todos los átomos y estos constituyen toda la materia, por lo que se puede señalar que el universo es de “naturaleza eléctrica”.

En la primera década del siglo XX, el científico Ernest Rutherford, trabajando con partículas “radiactivas”, avanzó un paso decisivo en cuanto a la estructura del átomo, al descubrir que tenía un “núcleo” cargado positivamente y que concentraba prácticamente toda la masa del átomo.

Caracterizada la partícula positiva encontrada en el interior del núcleo en cuanto a carga y masa, permitió el descubrimiento del protón. Años después, James Chadwick, en 1932, descubriría la existencia de una partícula sin carga, el neutrón. Así entonces, quedaban caracterizadas las partículas subatómicas presentes en los átomos: protón y neutrón en el núcleo y el electrón fuera de él. Se puede señalar, entonces, que la materia y el universo son de naturaleza subatómica. 

En 1913, Niels Bohr, a partir del modelo atómico nuclear de Rutherford, propone para el átomo de Hidrógeno, un núcleo con una partícula positiva y con un electrón girando a su alrededor. El modelo se sustentaba en la existencia de una igualdad   entre la fuerza de atracción electrostática entre el núcleo positivo y el electrón negativo, con la fuerza centrípeta asociada a un cuerpo que describe una trayectoria curvilínea que se dirige al centro.

Bohr, asociando los postulados de Max Planck en cuanto a que la radiación electromagnética (la luz) es absorbida o emitida por la materia, en forma discontinua, es decir, en pequeñas cantidades a las que denominó “cuántos o fotones de energía”, le atribuyó al electrón movimientos en determinadas órbitas y con determinadas cantidades de energías permitidas, es decir se encuentra “cuantizado”. Los avances de Bohr y particularmente las limitaciones de su modelo no aplicable para átomos multielectrónicos, dio nacimiento a la Teoría Mecano Cuántica. Podemos decir, entonces, que la explicación de la naturaleza de la materia y del universo es cuántica.

La información de que la luz se desplazaba con características de onda (longitud de onda y frecuencia) a velocidad constante; que es discontinua y constituida por cuantos o fotones de energía, más la relación descrita por Albert Einstein respecto de que la energía de una partícula en movimiento es proporcional al producto de su masa por la velocidad de la luz elevada a su segunda potencia, llevaron a Luis de Broglie en 1924, a postular que si la luz se desplaza con características de onda y bajo ciertas condiciones tiene un comportamiento de partícula, entonces las partículas, como por ejemplo el electrón, cumplen con la denominada dualidad onda-partícula, es decir su trayectoria tiene asociada una onda.  Entonces, la materia y el universo en expansión, bajo ciertas condiciones “cumple” con la hipótesis de ser, ya sea onda o ya sea partícula.   

Los experimentos con “aceleradores de partículas”, fueron demostrando que átomos de un mismo elemento presentaban distintas masas y que esta diferencia radicaba en que había núcleos de esos átomos que tenían distinto número de neutrones; a estos se les denominó Isótopos.

Algunos núcleos de isótopos eran capaces de desintegrarse con emisión de radiaciones, transformándose en núcleos de menor masa. La radiactividad ya había sido descubierta en la primera década de 1900 por Becquerel y decisivamente caracterizada años más tarde por Marie Skłodowska, más conocida como Marie Curie. Con ello quedaba de manifiesto la existencia de reacciones nucleares.

Entre la última mitad del siglo XIX y la primera mitad del siglo XX, se produjo la más grande “explosión” de conocimiento científico respecto de la estructura de la materia y su interacción con la luz. Se pasó de la física mecánica clásica de Newton, a la física mecánica de partículas, la teoría cuántica.

Es así, como en 1925, el físico teórico Werner Heisenberg postula su famoso “principio de incertidumbre”: no es posible medir simultáneamente, con precisión ,un par de magnitudes asociadas a una partícula, como por ejemplo la posición y la cantidad de movimiento de un electrón. Este principio fue pionero para la teoría cuántica y permitió avanzar decisivamente en la caracterización de la estructura electrónica de todos los átomos. En los últimos 50 años el trabajo con los modernos aceleradores de partículas, han permitido descubrir nuevas partículas con distintas propiedades: algunas con carga, algunas sin carga, algunas con masa, algunas con fuerzas atractivas y algunas solamente de energía. Estos experimentos han llevado a los físicos de partículas a postular el modelo estándar de partículas y asociarlo a la teoría del origen del universo, el “Big Bang”.

El universo surgió a partir de las combinaciones de unas pocas partículas, muy pequeñas en “indivisibles”. Estas partículas fundamentales se clasifican como fermiones (12), bosones (4) y el bosón de Higgs. Los fermiones son de dos clases: quarks (6) y leptones (6).

La formación de la materia desde su origen, asumiendo la teoría del Big Bang, se debió a las interacciones o fuerzas electromagnéticas, fuertes y débiles; los “portadores” de estas interacciones radica en los bosones. Los quarks y leptones (fermiones) en proporciones adecuadas constituirían todos los átomos. Así, por ejemplo, diferentes tipos de quarks y de leptones forman los protones (partículas con carga positiva) y los neutrones (partículas sin carga). Uno de los leptones más conocido es el electrón (partícula con carga negativa). El modelo reduccionista de la materia y por ende de la estructura de los átomos, explica la “estabilidad” de los núcleos de los átomos como producto de la interacción de estas partículas en su interior.  

A todo lo anterior, explicado en forma muy simplificada, debe considerarse como partícula fundamental “el bosón de Higgs”, la denominada comúnmente partícula Dios. ¿Porqué?

Se asume que el Bosón de Higgs es la partícula que permite que surja la materia. No olvidemos que en la teoría del Big Bang, el universo era solo una gran energía confinada en un espacio muy reducido de alta densidad. Entonces, la intervención del Bosón de Higgs sería responsable de que las demás partículas adquieran materia, de allí que se le asocie como la partícula Dios o la partícula primigenia.

Esta partícula constituye un “campo cuántico” (Campo de Higgs), escala invisible que se extiende a todo el universo; en este campo se llevaría a cabo la interacción (fricción) entre el Bosón de Higgs y las demás partículas “elementales” adquiriendo masa las partículas y también el propio bosón de Higgs. La hipótesis de Higgs ha sido comprobada por medio del Gran Colisionador de Hadrones. 

En la idea que nos interesa destacar finalmente, todas las partículas tienen su antipartícula; estas constituirían la antimateria. El bosón de Higgs, la partícula primigenia no tiene antipartícula, o mejor dicho, su antipartícula es ella misma, es única y de allí que la publicidad frente a su descubrimiento la haya asociado a Dios, o denominada como la partícula Dios.

De lo anterior y según la teoría del Big Bang y del modelo estándar de partículas, se puede responder de dónde venimos y que somos.

Venimos de un muy pequeño espacio reducido con alta densidad que concentraba una gran cantidad de energía. Que en el primer septosegundo (billonésima parte de una milmillonésima de segundo), el universo se reduce a una sola partícula y a su campo cuántico asociado, el bosón de Higgs. Es a partir de ella y en su campo asociado, que las interacciones de los fermiones y bosones, con el bosón de Higgs, dan origen a todos los átomos existentes en el universo.

Porqué se formó el universo sigue siendo una incógnita.

Y mientras más nos acercamos a la explicación que la ciencia provee acerca del origen del universo y como se habría formado, pareciera que estamos más cerca también de entender las propuestas que hacen las religiones basadas en la creencia; y también las consideraciones que hicieron los filósofos clásicos.  

La respuesta final ante tan monumental incógnita, seguirá esperando y su respuesta estará en las consideraciones que, en conjunto, más temprano que tarde, hagan la ciencia, la religión, la filosofía y los librepensadores.