¿Tiene límites el universo?¿Es infinito? Son estas preguntas que se han formulado y reformulado muchas civilizaciones y que, por supuesto, nos seguimos formulando hoy.
Para la civilización griega, en los tiempos de La Odisea, allá por el siglo VIII a. C., el mundo se terminaba en las columnas de Hércules, es decir, en Gibraltar, límite físico del espacio mediterráneo donde se desarrollaron las aventuras de Ulises. En este tipo de concepción, el límite del mundo se sitúa en el extremo de lo que puede ser explorado. Otras civilizaciones conciben una Tierra mayor y con forma plana, o que adopta la forma de una barca o de un cilindro.
Eratóstenes de Cirene en el siglo III a. C., mientras tenía a su cargo la fabulosa biblioteca de Alejandría, ideó un método trigonométrico para determinar la forma de la Tierra y calcular sus dimensiones. Aunque los cálculos se irían refinando para lograr una mayor precisión en la medida del diámetro de la Tierra, este razonamiento era tan sencillo que constituyó una prueba irrefutable de su esfericidad. La sombra redonda de nuestro planeta, observada durante los eclipses de luna, era otra prueba simple, pero inequívoca, de la forma esférica del planeta.
Estas pruebas, tan sencillas, de que la Tierra es esférica estuvieron presentes a lo largo del transcurrir de los siglos. No es cierto pues que, como se pretende a veces, la Tierra fuese considerada plana en la Europa medieval. Que la Tierra es esférica es algo que se sabe desde la Antigüedad, llegando a fundamentar los viajes de Colón. El fenómeno terraplanista es de este siglo, se enmarca en una desconfianza hacia las ciencias que viene siendo impulsada por diversos grupos negacionistas, y debe su sorprendente difusión a la amplificación propiciada por internet.
Los límites "del mundo" no se restringen a nuestro planeta. Al contemplar el espacio sobre sus cabezas, los griegos también se preguntaron por los posibles límites en la bóveda celeste que, intuitivamente, evoca una forma esférica. Ya en el siglo VI a. C., Anaximandro concibió una entidad, que no es agua ni tierra ni fuego ni aire, que es ilimitada por naturaleza: el ápeiron (del griego, "sin límites"), un concepto al que se asociará el principio y el fin de todas las cosas. En este ápeiron infinito y/o ilimitado (conceptos que parecen sinónimos para el sabio de Mileto) surge y se desarrolla nuestro mundo.
Dos siglos más tarde, Aristóteles ordenó el universo en una serie de esferas, con la Tierra en su centro, creando así la noción de cosmos, por oposición al caos caracterizado por un desorden primigenio. Este cosmos es limitado y finito, se divide en un dominio sublunar, en el que vivimos, donde los cuerpos son imperfectos y los fenómenos evolucionan, y un mundo supralunar, ocupado por el Sol, los planetas y las estrellas, perfecto e incorruptible. El movimiento de los astros se explica mediante un complejo sistema compuesto por decenas de esferas que están animadas por un último motor simple que, para evitar una sucesión infinita, debía permanecer inmóvil.
La concepción aristotélica, con un universo finito y limitado, permaneció indiscutida durante 2.000 años hasta que Giordano Bruno, en el siglo XVI, concibió que el universo podría contener un número infinito de mundos similares a la Tierra. Bruno, que había nacido en 1548, tan solo cinco años después de que Copérnico lanzase al mundo su revolución heliocéntrica, dio un salto intelectual de gigante al considerar que el universo podría ser infinito, como reflejo de un Dios también infinito. En su cosmología, el universo es ilimitado, indeterminable, inmóvil. El espacio y el tiempo son también infinitos y, en su seno, evolucionan innumerables soles como el nuestro, rodeados igualmente de planetas. Esta forma tan audaz de pensar conduciría al sacerdote napolitano a ser quemado en una hoguera en Campo de' Fiori.
La identificación del universo con el espacio llevaría a Newton a concebirlo como un receptáculo infinito en el que existen y evolucionan todos los objetos. También el tiempo podría prolongarse de manera infinita hacia el pasado y hacia el futuro. Sin embargo, las observaciones astronómicas condujeron, ya en el siglo XX, a una descripción mucho más precisa de la realidad en la que tanto el espacio como el tiempo (que forman un entramado indisoluble: el espacio-tiempo) tienen un origen: el big bang. Según la física actual, nuestro pasado es, pues finito, solo se remonta hasta aquella explosión primigenia.
Las ecuaciones de la relatividad general que describen este universo, tal y como fueron ideadas por Einstein y otros físicos geniales, conducen a unas soluciones que pueden corresponder a un universo que, mirado hacia el futuro, puede ser finito o infinito, tanto en el espacio como en el tiempo. Es decir, el universo podría ser infinito como un resultado de las leyes de la física, una hipótesis muy difícil de verificar observacionalmente.
Otra de las posibilidades permitidas por las leyes físicas es que el universo sea finito pero que no tenga límites. Es algo difícil de imaginar para nuestro espacio-tiempo de cuatro dimensiones. Pero nos podemos hacer una idea intuitiva imaginando a unos seres bidimensionales que viven sobre la superficie de un globo. Imaginemos que tales seres no tienen acceso más que a superficie curvada del globo (y no a la tercera dimensión sobre la que el globo se curva). Tales hormigas bidimensionales podrían recorrer la superficie del globo incansablemente y nunca encontrarían límites.
¿Cómo podemos saber si nuestro universo tiene límites? Los seres bidimensionales que recorren la superficie de su globo podrían observar que pasan varias veces por el mismo sitio y concluir así que su universo es curvado, ilimitado y finito. De manera análoga, hay astrónomos que buscan patrones de repetición en el firmamento que pudiesen indicar que un rayo de luz viajando por el universo, por así decir, vuelve a pasar por un mismo sitio. Estos patrones de repetición, si un día se encontrasen, nos darían indicios de que el universo no tiene fronteras ni es infinito. Si el universo fuese finito, aunque sea muy grande comparado con la escala humana, se podrían idear métodos para medir su tamaño.
También hay quien piensa que esta época que vivimos desde el big bang no es más que un ciclo en una serie que podría ser infinita. La fase actual de expansión del universo podría conducir a otra de contracción que terminaría en un big crunch, y vuelta a empezar con otro big bang. Pero los datos y las leyes físicas no predicen un big crunch, sino todo lo contrario: los datos apuntan a que el universo se irá expandiendo indefinida e, incluso, aceleradamente.
No sabemos si el universo es finito o infinito. Las medidas existentes indican que la expansión podría continuar indefinidamente y, en un tiempo infinito, el universo llegaría a ser infinito. Es lo que se llama un universo "plano". En la analogía de los seres bidimensionales, sería como una gran hoja de papel que va haciéndose cada vez más grande, algo que parece imposible de demostrar observacionalmente de forma directa. Pero caben otras posibilidades, otras "topologías" que permiten que el universo pudiese ser más compacto si adoptase, por ejemplo, la forma de la superficie de una rosquilla tipo donut (una figura geométrica llamada toro). Si así fuese, no parece imposible el llegar a poder demostrarlo un día. En mi opinión, si así fuese, esto sería uno de los mayores logros de la civilización humana.
No es extraño que Pascal exclamase: "El silencio de los espacios infinitos me asusta (m'efffraie)". Y es que, con límites o sin ellos, finito o infinito, de lo que no cabe duda es que el universo es muy, muy grande, además de expansivo y misterioso. Creo que, con los conocimientos actuales, más que asustados debemos sentirnos fascinados por este cosmos lleno de prodigios y, sobre todo, por ser capaces de poder imaginarlo y explicarlo desde la pequeña cáscara de nuez (que diría Shakespeare) en que vivimos.
Rafael Bachiller es astrónomo, director del Observatorio Astronómico Nacional (IGN) y autor de El universo improbable.