“La cuestión no es si hubo inflación cósmica, sino cuál describe mejor nuestro universo”

Hablar con Juan García-Bellido Capdevila es como asomarse al universo acompañado por alguien que no solo lo estudia, sino que lo vive con una pasión contagiosa. Investigador del Instituto de Física Teórica (IFT UAM-CSIC) y catedrático en la Universidad Autónoma de Madrid, acaba de recibir el Premio Nacional de Investigación “Blas Cabrera” 2025 en Ciencias Físicas.

Lo que mueve a García-Bellido es la curiosidad por entender los orígenes del cosmos. Entre anécdotas de su juventud, lecturas de Asimov y veranos aprendiendo física con su tío en Zaragoza, nos habla del vértigo de estudiar los primeros instantes del universo, cuando todo ocurría en una fracción de segundo inimaginable.

Desde los agujeros negros primordiales hasta la aceleración cósmica o las ondas gravitacionales, trabaja con la misma ilusión con la que, de adolescente, descubrió que el universo podía describirse con matemáticas.

¿Qué ha significado recibir el Premio Nacional de Investigación?

Uno trabaja lo mejor que puede y, eventualmente, llega el reconocimiento. Aunque personalmente supone una enorme satisfacción, claro. Es un premio nacional, decidido por un panel de expertos, y eso da mucha alegría. De hecho, me llamó la ministra para felicitarme: me dijo que había sido por unanimidad y que estaban muy orgullosos del nivel científico en España.

Está claro que el éxito depende también de la trayectoria de cada uno. En mi caso, empecé por cuestiones más teóricas y fui moviéndome hacia la observación. Creo que ese recorrido es lo que se ha querido premiar: haber seguido líneas de investigación arriesgadas, que en su momento parecían casi una elucubración, como los agujeros negros primordiales o la cosmología inflacionaria.

Antes de entrar en tus investigaciones, ¿qué despertó tu curiosidad por la física?

Mi interés empezó muy pronto. En casa teníamos muchos libros de divulgación, tanto científicos como de otras áreas. La física me atrajo porque me parecía accesible y, sobre todo, predecible. Estaba acostumbrado a conversaciones muy subjetivas y me sorprendió descubrir que existía una realidad ahí fuera que podía describirse con matemáticas.

Recuerdo perfectamente que tenía unos 14 años cuando leí un libro de Isaac Asimov sobre el universo. A partir de ahí decidí que quería entender el origen del universo y que quería dedicarme a la física y las matemáticas.

Tuve además la suerte de contar con mi tío, Rafael Núñez Lagos, catedrático de la Universidad de Zaragoza, que me enseñó mucho durante los veranos. En casa todos eran biólogos, filólogos o lingüistas, pero él era físico, y fue una fuente de sabiduría constante.

Gracias a él llegué a la carrera con cierta ventaja: entendía bien los conceptos, más allá del desarrollo matemático. Durante la universidad descubrí que lo que realmente me interesaba no era tanto la astronomía observacional, sino la física fundamental: entender los orígenes, de dónde vienen las partículas que forman el universo.

Durante la universidad descubrí que lo que realmente me interesaba no era tanto la astronomía observacional, sino la física fundamental: entender los orígenes

Hablemos del universo primitivo. ¿Por qué es importante entender sus principios?

Lo primero es comprender la escala temporal de la que hablamos. Estamos acostumbrados a pensar en años, siglos o, como mucho, miles de años. Pero el origen del universo ocurrió hace 13 700 millones de años, y en intervalos de tiempo extremadamente pequeños: del orden de 10⁻⁴³ segundos.

En esas condiciones no rigen las leyes que experimentamos a diario. Los fenómenos son cuánticos, la gravedad es de campo fuerte, y las escalas espaciales son minúsculas, del orden de 10⁻³³ centímetros. Para entenderlo necesitamos herramientas matemáticas muy precisas, porque nuestra experiencia no basta.

La cosmología inflacionaria, propuesta por Andrei Linde y Alan Guth, permitió remontarnos a esos instantes iniciales y hacer predicciones comprobables. Por ejemplo, la teoría predijo fluctuaciones en el fondo cósmico de microondas, esa radiación que quedó del universo primitivo. Décadas después, esas fluctuaciones fueron observadas exactamente como se habían previsto.

Esa confirmación transformó la cosmología: dejó de ser una disciplina teórica para convertirse en una ciencia observacional madura. A partir de los años 90, cuando yo trabajaba en Stanford, ese cambio se consolidó, y tuve la suerte de estar en el lugar y momento adecuados para participar en esas primeras predicciones. Entre ellas, las relacionadas con los agujeros negros primordiales, una idea que entonces parecía pura especulación y que hoy está cobrando nueva vida.

¿Cómo se conecta tu trabajo con los descubrimientos recientes en los grandes experimentos internacionales?

Es fundamental en ciencia abordar un problema desde distintos ángulos. Los avances tecnológicos han sido claves: los nuevos detectores del fondo de radiación, los telescopios con cámaras de alta precisión o los espectrógrafos con fibras ópticas han permitido observar el universo con un detalle inimaginable hace unas décadas.

Gracias a esas herramientas descubrimos, a finales de los 90, que el universo no se expandía de forma decelerada, como se creía, sino acelerada. Ese hallazgo llevó al concepto de energía oscura, una forma de energía que aún no comprendemos pero que domina la expansión cósmica.

Más recientemente, el proyecto Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) ha mostrado que esa aceleración podría estar disminuyendo: el universo se desacelera en su aceleración. Es un resultado fascinante y muy reciente.

Todo esto muestra cómo teorías que en los 80 parecían meras especulaciones, como la inflación cósmica, se han convertido en el eje central de la cosmología moderna. Hoy la cuestión ya no es si la inflación ocurrió, sino cuál de sus variantes describe mejor nuestro universo.

El reto es distinguir los agujeros negros de los agujeros estelares. Las ondas gravitacionales nos están ayudando

Hablemos de los agujeros negros primordiales. ¿Qué los diferencia de los que conocemos por la ciencia ficción o por el colapso de estrellas?

Son objetos que pudieron formarse en el universo primitivo, mucho antes de que existieran las estrellas. Durante la inflación, las fluctuaciones del espacio-tiempo podían ser tan grandes que ciertas regiones alcanzaban una densidad enorme. En ese contexto, la presión de radiación no podía evitar el colapso gravitacional y se formaban agujeros negros.

Estos agujeros son muy distintos de los estelares. Los segundos se originan cuando una estrella agota su combustible nuclear y la gravedad vence la presión interna, provocando una supernova y dejando un núcleo colapsado.

En el universo primitivo, en cambio, el plasma estaba dominado por fotones —bosones—, lo que hace que el colapso sea más fácil que en el caso de materia formada por fermiones, como protones o neutrones. En principio, los agujeros negros primordiales podrían tener masas muy variadas: desde el tamaño de un asteroide hasta millones de veces la masa del Sol.

El reto es distinguirlos de los agujeros estelares. Las ondas gravitacionales nos están ayudando: al analizar las fusiones de agujeros negros podemos conocer sus masas, su rotación y otras propiedades que podrían delatar su origen.

Curiosamente, muchos de los agujeros detectados por los observatorios LIGO y Virgo no rotan, lo que podría ser una pista de que son primordiales. Pero demostrarlo requerirá evidencias muy sólidas. Como decía Carl Sagan, “afirmaciones extraordinarias requieren evidencias extraordinarias”.

La cosmología no puede repetir experimentos: no podemos rebobinar el universo, solo podemos interpretar lo que nos llega

¿Y podría llegar una confirmación clara?

Si algún día observamos agujeros negros con menos de una décima de la masa solar, sabremos que no pueden haberse formado por evolución estelar. Eso sería una confirmación clara de su origen primordial.

Además, podrían explicar parte de la materia oscura. Los agujeros negros no interactúan con la materia ordinaria, solo gravitacionalmente, lo que encaja con las características de la materia oscura. Si componen toda o apenas una fracción de ella, sigue siendo una gran pregunta abierta.

Lo cierto es que la cosmología no puede repetir experimentos: no podemos rebobinar el universo. Solo podemos interpretar lo que nos llega, y cada nueva forma de observación —la luz, las ondas gravitacionales, los neutrinos— añade una pieza al rompecabezas. Estoy convencido de que en los próximos años podremos acercarnos mucho más a responder estas preguntas.

¿Cuál sería tu ‘apuesta’ para el final del universo? ¿Big Rip, Big Crunch, Big Freeze?

La cuestión es qué observaciones actuales permiten evaluar esas tres posibilidades: que la expansión acelerada continúe para siempre (Big Freeze), que el universo acabe colapsando (Big Crunch) o que la expansión se acelere tanto que todo se desgarre (Big Rip). Todo depende de la naturaleza de la energía oscura.

Si la aceleración se está desacelerando, quizá la componente responsable no sea una constante cosmológica pura —no solo energía del vacío, como sugiere la teoría cuántica de campos—, sino otro campo, una ‘quintaesencia’ que permea el universo, algo análogo al Higgs pero con propiedades muy peculiares.

También puede que nos falte comprensión de la gravedad cuántica. Hay ideas que sugieren que el entrelazamiento cuántico podría tener una representación geométrica —un ‘puente’ tipo agujero de gusano—, como propusieron Juan Maldacena y Leonard Susskind. Si el horizonte causal está entrelazado con nosotros y ese entrelazamiento crece, podría generar una aceleración entrópica diminuta pero acumulativa. A esa posibilidad la llamo GREA (General Relativistic Entropic Acceleration).

No es aún una teoría confirmada. Con cartografiados como DESI, empezamos a ver indicios de que la aceleración se estaría decelerarando, pero aún no hay una significancia estadística definitiva. Harán falta más datos —que ya están llegando— para medir con precisión cómo evoluciona la expansión.

La ciencia básica no siempre tiene un impacto inmediato, pero impulsa tecnología que termina transformando la vida cotidiana

¿Por qué debería importarle a la sociedad este tipo de investigación tan básica?

La ciencia básica no siempre tiene un impacto inmediato, pero impulsa tecnología que termina transformando la vida cotidiana. La World Wide Web nació en el CERN para compartir datos entre grupos experimentales. La astronomía pasó de placas fotográficas a CCDs (dispositivo de carga acoplada) ultrasensibles; y hoy llevamos cámaras basadas en esa tecnología en el móvil.

Por eso dedico tanto esfuerzo a la divulgación desde hace décadas: es importante que la sociedad entienda que este trabajo, financiado entre todos, revierte en conocimiento y progreso. Además, conocer el cosmos nos humaniza: nos ayuda a poner en perspectiva nuestras dificultades y a encontrar placer en la comprensión.
¿Qué consejo darías a jóvenes estudiantes o investigadores que se plantean una carrera científica?

La ciencia progresa por generaciones. A mis alumnos les digo: si hay preguntas que no os dejan dormir, si la curiosidad os come por dentro, entonces bienvenidos a investigar. Es una carrera larga, de décadas, con esfuerzo y altibajos.

Sin entusiasmo, las barreras pueden volverse insoportables. Con él, en cambio, la investigación te permite ver donde otros no ven y encontrar, en cada etapa, lugares donde recargar las baterías. Como en cualquier actividad humana habrá comparaciones, envidias o frustraciones. La clave es hacer lo que te gusta lo mejor posible y obtener de ello el mayor provecho.

La ciencia progresa por generaciones. A mis alumnos les digo: si hay preguntas que no os dejan dormir, si la curiosidad os come por dentro, entonces bienvenidos a investigar

Por último, ¿cuál es esa pregunta que hoy te quita el sueño y que crees que podremos responder en las próximas décadas?

Creo que está al alcance determinar si la cosmología inflacionaria describe de verdad el universo primitivo. La prueba más decisiva sería detectar la polarización en modo B del fondo cósmico de microondas: un patrón rotacional que solo generan las ondas gravitacionales producidas durante la inflación.

Hubo un indicio con BICEP (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) en 2014 que resultó ser polvo galáctico. Pero mis esperanzas están puestas en LiteBIRD (JAXA), una misión diseñada para medir esa polarización con la sensibilidad necesaria. Si detectamos los modos B y, además, verificamos la relación de consistencia entre perturbaciones escalares y tensoriales propia de un único campo inflacionario, la comunidad quedaría convencida: la inflación sería la responsable.

Esa confirmación daría un gran impulso a los agujeros negros primordiales, a los orígenes de las fluctuaciones que forman la estructura a gran escala y conectaría con lo que empieza a ver el James Webb. Sería el colofón de una trayectoria científica y un reconocimiento a los pioneros: Andréi Linde, Alan Guth y Alexei Starobinsky. Ojalá puedan verlo.