EL PRIMER SONIDO DEL UNIVERSO por el Prof. Dr. D. Alberto Requena Rodríguez, académico numerario

Cierto es que ninguna ley física requiere que en el Universo primigenio existieran ondas sonoras. Pero en ese estado de plasma inicial de aquél, esa especie de bola de fuego, era un medio en el que existieron ondas de presión durante 300.000 años. Pitágoras (siglo V a.C.) y Kepler después, (siglo XVII) ya intuyeron una especie de cosmos musical, lo que se trasladó como música de las esferas. Peebles y Yu, en 1970, corroboraron las intuiciones de aquéllos al proponer que en el Universo primigenio se generaron oscilaciones cuya longitud de onda llegó a tener el tamaño de 300.000 años luz, que era el tamaño del Universo cuando se formaron los primeros átomos estables y se liberó la denominada radiación de fondo del Universo, que percibimos en forma de microondas. Esto significa que, en el plasma, que es una especie de sopa de electrones, fotones y protones, se mantuvieron acoplados y se movieron en perfecta sincronía, de forma similar a una superficie de un mar en calma. Tuvo que darse una perturbación cuántica para provocar la vibración de ese plasma, transfiriendo energía desde las zonas de mayor densidad a las de menor y éste fue el origen de las ondas de presión que se propagaron. Para poder explicar este hecho, tuvieron que darse irregularidades, estimadas del orden de una diezmilésima. Esto es lo que se desviaría la temperatura local en un punto de su valor medio. Si fuera la temperatura media de 10 ºC, la irregularidad sería de una milésima de grado. Esto es lo que motivó a muchos investigadores para buscar una anisotropía del Universo que, finalmente, detectó el satélite COBE en 1992 y que se difundió como una especie de mapamundi con puntos negros, blancos y grises que denotaban las fluctuaciones de la energía en torno a la media. Estas eran, finalmente, las ondulaciones del Universo primigenio y, por ende, la música del Universo.

 

Las ondas de la radiación son consecuencia de la aceleración de partículas cargadas y no requieren un medio material para propagarse. Las ondas acústicas requieren de un medio en el que propagar las alteraciones de presión, dado que son ondas mecánicas y cada partícula hace que las contiguas les sigan en su oscilación, componiendo una compresión y una rarificación que son las que se propagan. Cuando se aplica la transformación de Fourier a las fluctuaciones detectadas por la sonda WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) se obtiene una gráfica que incluye picos correspondientes a frecuencias resonantes.

 

Tras el Big Bang aconteció la inflación cósmica que vino a inyectar energía en el plasma originario y se generaron ondas sonoras. El plasma se comportó como si se tratara de un instrumento musical. Un instrumento emite sonidos que se generan, por ejemplo, en un clarinete, soplando sobre una boquilla que incluye una lengüeta que vibra y genera una onda de presión que el aire transporta por el interior del instrumento. Pero la lengüeta, que es la fuente del sonido, vibra en un amplio rango de frecuencias. En el tubo encajan muchas ondas. La frecuencia más baja o fundamental es la de mayor longitud que encaja entre los extremos del tubo (o los de una cuerda si se trata de una cuerda pulsada). En realidad, la frecuencia fundamental es aquella cuya longitud de onda corresponde al doble de la longitud de la cuerda. Como es una onda resonante, los nodos coinciden con los extremos de la onda y no se destruye por interferencia. Si multiplicamos por un número entero esta frecuencia fundamental, obtenemos los armónicos superiores. Un instrumento nunca produce una nota única. Si contemplamos una cuerda como un conjunto de masas sucesivas, unidas por muelles, cuando se rasga producirá la vibración de muchas frecuencias resonantes. El material que constituye la cuerda o el tubo del instrumento determinarán la producción e intensidad de los armónicos. Unos se apagarán, mientras que otros prevalecerán. La denominada frecuencia natural estará compuesta por la frecuencia fundamental y los armónicos. Cada instrumento tendrá su signatura- Los armónicos son los que otorgan el timbre.

 

Las ondas sonoras que se generaron en el Universo primigenio estaban sometidas a dos fuerzas: la gravedad y la radiación. La primera provoca la aglomeración, la compactación, que de no haber habido otra fuerza, hubiera provocado el colapso. La radiación compensaba la fuerza de la gravedad: los fotones chocaban con los electrones, alterando su momento cinético y ejerciendo una fuerza, como dicta la segunda ley de Newton. Así se frenaba el colapso gravitatorio. Pero el resultado fue que la onda plasmática se expandía y decrecía la presión. La gravedad comprimía de nuevo el plasma. Estas presiones y depresiones generaron el primer sonido del Universo. Y así estuvo ocurriendo, según el modelo estándar durante los primeros 300.000 años tras el Big Bang. El espacio que recorrió en los 300.000 años a la velocidad de la luz, fue de un millón de parsecs. Así se fue estructurando el Universo.