Es uno de los grandes misterios de la ciencia. Del mismo modo que a menudo nos preguntamos qué vendrá después, el círculo se cierra con un ¿qué hubo antes? En particular antes del Big Bang, justo una centésima de segundo antes que todo comenzara. Y ahora, por primera vez, podríamos tener una respuesta gracias a los superordenadores y un equipo de científicos de Oxford.

El estudio, publicado en Living Reviews in Relativity y liderado por Eugene Lim, del King's College de Londres y Josu Aurrekoetxea, de la Universidad de Oxford (Reino Unido), propone una respuesta: utilizar simulaciones informáticas complejas para resolver numéricamente (en lugar de con exactitud) las ecuaciones de Einstein para la gravedad en situaciones extremas.

Los autores argumentan que la relatividad numérica debería aplicarse cada vez más en cosmología para investigar algunas de las preguntas más importantes del universo, como qué ocurrió antes del Big Bang, si vivimos en un multiverso, si nuestro universo colisionó con un cosmos vecino o si nuestro universo experimentó ciclos de explosiones y crujidos.

Pero vamos por pasos. Las ecuaciones de Einstein de la relatividad general describen la gravedad y el movimiento de los objetos cósmicos. Pero si retrocedemos el tiempo lo suficiente, normalmente nos encontraremos con una singularidad (un estado de densidad y temperatura infinitas) donde las leyes de la física colapsan. Los cosmólogos simplemente no pueden resolver las ecuaciones de Einstein en entornos tan extremos; sus suposiciones simplificadoras habituales ya no son válidas. Y esto se extiende a objetos que involucran singularidades o gravedad extrema, como los agujeros negros.

Un problema podría ser lo que los cosmólogos dan por sentado. Normalmente, asumen que el universo es "isotrópico" y "homogéneo", es decir, que se ve igual en todas direcciones para cualquier observador. Esta es una muy buena aproximación para el universo que vemos a nuestro alrededor y que permite resolver fácilmente las ecuaciones de Einstein en la mayoría de los escenarios cósmicos. Pero ¿es esta una buena aproximación para el universo durante el Big Bang?

“Se puede buscar alrededor de la farola, pero no se puede ir más allá, donde está oscuro; simplemente no se pueden resolver esas ecuaciones – señala Lim en un comunicado -. La relatividad numérica permite explorar regiones alejadas de la farola”.

La relatividad numérica se sugirió por primera vez en las décadas de 1960 y 1970 para intentar determinar qué tipos de ondas gravitacionales (ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo) se emitirían si los agujeros negros colisionaran y se fusionaran. Este es un escenario extremo para el cual es imposible resolver las ecuaciones de Einstein solo con papel y lápiz; se requiere un sofisticado código informático y aproximaciones numéricas.

Su desarrollo recibió un renovado interés cuando se propuso el experimento LIGO (una iniciativa para descubrir precisamente las ondas gravitacionales) en la década de 1980, aunque el problema no se resolvió de esta manera hasta 2005, lo que generó esperanzas de que el método también pudiera aplicarse con éxito a otros problemas.

Un problema que lleva años “atormentando” a los científicos es la inflación cósmica, un período de expansión extremadamente rápida en el universo primitivo. La inflación se propuso inicialmente para explicar por qué el universo se ve como se ve hoy, extendiéndose desde una pequeña porción inicial.

“Si no hay inflación, muchas cosas se desmoronan – añade Lim -. Pero si bien la inflación ayuda a explicar el estado del universo actual, nadie ha podido explicar cómo ni por qué el universo joven tuvo este repentino y breve crecimiento acelerado. El problema es que, para comprobarlo mediante las ecuaciones de Einstein, los cosmólogos deben asumir que el universo era homogéneo e isótropo desde el principio, algo que la inflación pretendía explicar. Si, en cambio, se asume que comenzó en otro estado, entonces no se tiene la simetría necesaria para escribir las ecuaciones fácilmente”.

Pero la relatividad numérica podría ayudarnos a sortear este problema, sostiene el estudio, permitiendo condiciones iniciales radicalmente diferentes. Sin embargo, no es un rompecabezas sencillo de resolver, ya que hay infinitas maneras en que el espacio-tiempo podría haber sido antes de la inflación.

Curiosamente, la relatividad numérica también podría ayudar a revelar si hubo un universo antes del Big Bang. Quizás, la especulación del equipo de Lim, es que el cosmos es cíclico y experimente “rebotes” de universos antiguos a nuevos, experimentando repetidos renacimientos, Big Bangs y Big Crunchs. Pero este es un problema muy difícil de resolver analíticamente.

“Los universos que rebotan son un excelente ejemplo, ya que alcanzan una gravedad tan fuerte que no se puede confiar en las simetrías – añade Lim -. Varios grupos ya están trabajando en ellos; antes nadie lo hacía”.

Esto se debe a que las simulaciones de relatividad numérica son tan complejas que requieren supercomputadoras para su funcionamiento. A medida que la tecnología de estas máquinas mejora, podríamos esperar una mejor comprensión del universo.